一种钨-钛-钴系硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种钨-钛-钴系(YT)硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，属于硬质合金生产【技术领域】。本发明采用钨酸钠溶液和硫酸钛溶液为原料，通过钨、钛热水解共沉积、煅烧-还原-碳化一体化工艺，开发、生产出的新型WC-TiC固溶体粉末产品，供钨-钛-钴系(YT)硬质合金生产使用。本发明制备工艺过程简单，实现了钨、钛元素原子级的混合均匀度，产品质量优异，固溶度极高，便于实现工业化生产，同时所制备的WC-TiC固溶体粉末能很好用于制备高质量的钨-钛-钴系(YT)硬质合金。
【专利说明】—种铭_钦-钻系硬质合金用WC-T i C固浴体粉末的制备方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种钨-钛-钴系(YT)硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，属于硬质合金生产【技术领域】。
【背景技术】:
[0002]钨钛钴系硬质合金(YT)是由WC-TiC固溶体粉末和粘接相金属Co所组成的。在WC-TiC体系中，TiC不溶于WC中；而WC在TiC中有很大的溶解度，这是由于有TiC存在时WC的六方晶格转变为立方晶格之故。当温度为1500°C时，WC在TiC中的溶解度为68~69%。在WC-TiC-Co合金(如YT5、YT14、YT15、YT30)生产中，往往采用在烧结温度(1480~1560°C)下呈饱和状态的TiC-WC固溶体，这种固溶体在烧结时既不分解，又不继续溶解WC，因而易于控制合金中WC相的晶粒度；WC-TiC的不饱和固溶体由于有较高的显微硬度和抗氧化能力，可提高合金硬度和切削寿命系数，故在合金生产中也经常采用。但过饱和固溶体一般不宜采用，因为在烧结时，过饱和固溶体会分解析出粗大的沿着同一方向伸长的W C晶体，降低了合金的耐 磨性。故本发明只是针对饱和与不饱和WC-TiC固溶体粉末的制备工艺而言。
[0003]生产实践证明，对于WC-TiC固溶体粉末的基本要求是:粒度要小而均匀、纯度要高、固溶度要高、游离碳要低、氧含量及其他杂志含量要低、化合碳要符合要求等等。这些要求在粉末制备工艺上很多就是互相矛盾的:譬如，为了保证WC-TiC固溶体粉末纯度高、固溶度高、游离碳低、氧含量及其他杂志含量要低的要求，WC-TiC的还原、碳化作业温度就要求尽可能的高；但这样一来，WC-TiC粉末的粒度必然会增粗，满足不了微细粉末的要求。如果降低还原、碳化作业的温度，可以制得粒度小的粉末，但粉末的纯度、固溶度、游离碳、氧含量及其他杂志含量等都不能满足合金生产要求。这就是现有WC-TiC固溶体粉末制备工艺难以控制、产品质量不稳定的原因所在。
【发明内容】
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[0004]为解决现有WC-TiC固溶体粉末制备工艺难以控制、产品质量不稳定的技术难题，本发明提供一种采用钨酸钠溶液和硫酸钛溶液为原料，通过钨、钛液相热水解共沉积、煅烧、还原-碳化一体化工艺，制备钨-钛-钴系(YT)硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的方法。
[0005]本发明一种钨-钛-钴系(YT)硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，其实施方案为:
[0006]按W与Ti的质量比为46-66:23.5_40.5，配取钨酸钠和硫酸钛做为原料，将所配取的原料通过水解共沉积后过滤，煅烧滤渣得到氧化钨与氧化钛的混合产物，按120~125公斤混合产物加入35~43公斤炭黑的比例，将炭黑加入到混合产物中混合均匀后，在1900~2000°C进行还原-碳化处理，得到钨-钛-钴系(YT)硬质合金用WC-TiC固溶体粉末，所述煅烧的温度为750~850°C。[0007]本发明一种钨-钛-钴系(YT)硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，所述水解共沉积是:在80~90°C，将配取的钨酸钠和硫酸钛配成溶液后混合、搅拌直至反应完全；所述钨酸钠溶液中W的浓度为79.2~158.6g/L，换算成WO3的浓度则为100~200g/L ;所述硫酸钛溶液中Ti的浓度为113.8~161.85g/L，换算成TiO2的浓度为190~270g/L ；
[0008]所述水解共沉积按下述反应式进行:
[0009]Na2W04+Ti (SO4) 2+(x+1) H2O — WO3.TiO2.xH20 I +Na2S04+H2S04
[0010]Na2W04+Ti0S04+xH20 — WO3.TiO2.xH20 I +Na2SO4
[0011]本发明一种钨-钛-钴系(YT)硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，过滤后，滤渣用60-70°C的热水洗涤至中性，并干燥、脱水。
[0012]本发明一种钨-钛-钴系(YT)硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，将炭黑加入到混合产物中后，在双锥混料器混合4~8小时。
[0013]本发明一种钨-钛-钴系(YT)硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，还原-碳化处理的时间为2-4小时；所述还原-碳化处理按下述反应式进行:
[0014]WO3.Ti02+5C — WC.TiC+5C0 ?
[0015]在还原、碳化作业中，由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体能够起到自身保护作用，所产生的一氧化碳由炉尾排出并点火排放。
[0016]原理及优势`
[0017]本发明以钨酸钠溶液和硫酸钛溶液为原料，通过钨、钛液相热水解共沉积，得到钨元素、钛元素原子级别混合的WO3-TiO2.χΗ20 ;由于严格控制了热水解共沉积过程中的反应温度以及钨酸钠溶液和硫酸钛溶液的浓度使得所生成的WO3.TiO2.XH2O细小而均匀,这两点为后续生产出粒度细小而均匀、纯度要高、固溶度高的产品提供了必要条件；严格控制炭黑的加入比例以及还原-碳化处理的温度和时间，这既保证了所得产品的纯度、固溶度、游离碳含量以及氧含量，又使得所得产品的粒度控制在一个合理的范围之内；总之本发明以鹤Ife纳溶液和硫Ife钦溶液为原料，通过鹤兀素、钦兀素原子级别混合，通过严格控制炭黑的加入比例以及还原-碳化处理的温度和时间，实现了 WO3.TiO2的协同作用，制备出了粒度细小而均匀、纯度高、固溶高、游离碳含量低、氧含量低的产品。
【具体实施方式】:
[0018]实施例1:
[0019]一种用于钨-钛-钴系(YT)硬质合金的饱和WC-TiC固溶体粉末制备工艺，具体实施方案:1)将溶液浓度为含W03180g/L的钨酸钠溶液460升，和溶液浓度为含Ti02260g/L的硫酸钛溶液154升，在分别加热至85°C条件下，在沉淀槽内进行混合、搅拌和热水解共沉淀。
[0020]2)将步骤I)所得的沉淀物用60_70°C的热水洗涤至中性，并过滤。
[0021]3)将步骤2)所得的滤饼在在蒸汽烘干箱中干燥、脱水，得到钨酸和偏钛酸混合物。
[0022]4)将步骤3)所得的钨酸和偏钛酸混合物在煅烧炉内于750~850°C下煅烧成钨、钛混合氧化物。
[0023]5)将步骤4)所得的钨、钛混合氧化物120公斤和34.1~34.7公斤的炭黑，装入双锥混料器中混合4-6小时。
[0024]6)将步骤5)所得的混合料装舟，送人碳管炉中，控制炉温1950°C，推舟速度为舟/ 25分钟，进行还原、碳化，在还原、碳化作业中，由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体自身保护，并由炉尾排出，点火排放。
[0025]7)所得产品的牌号为CK-73，技术指标见表1。
[0026]实施例2:
[0027]一种用于钨-钛-钴系(YT)硬质合金的不饱和WC-TiC固溶体粉末制备工艺，具体实施方案:
[0028]I)将溶液浓度为含W03150g/L的钨酸钠溶液474升，和溶液浓度为含Ti022 30g/L的硫酸钛溶液232立升，在分别加热至85°C条件下，在沉淀槽内进行混合、搅拌和热水解共沉淀。
[0029]2)将步骤I)所得的沉淀物用60_70°C的热水洗涤至中性，并过滤。
[0030]3)将步骤2)所得的滤饼在在蒸汽烘干箱中干燥、脱水，得到钨酸和偏钛酸混合物。[0031 ] 4)将步骤3)所得的钨酸和偏钛酸混合物在煅烧炉内于750~850°C下煅烧成钨、钛混合氧化物。
[0032]5)将步骤4)所得的钨、钛混合氧化物120公斤和37.0~37.6公斤的炭黑，装入双锥混料器中混合4-6小时。
[0033]6)将步骤5)所`得的混合料装舟，送人碳管炉中，控制炉温1920°C，推舟速度为舟/ 25分钟，进行还原、碳化，在还原、碳化作业中，由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体自身保护，并由炉尾排出，点火排放。
[0034]7)所得产品的牌号为CK-64,技术指标见表1。
[0035]实施例3:
[0036]一种用于钨-钛-钴系(YT)硬质合金的不饱和WC-TiC固溶体粉末制备工艺，具体实施方案:
[0037]I)将溶液浓度为含W03120g/L的钨酸钠溶液493升，和溶液浓度为含Ti02200g/L的硫酸钛溶液33位升，在分别加热至85°C条件下，在沉淀槽内进行混合、搅拌和热水解共沉淀。
[0038]2)将步骤I)所得的沉淀物用60_70°C的热水洗涤至中性，并过滤。
[0039]3)将步骤2)所得的滤饼在在蒸汽烘干箱中干燥、脱水，得到钨酸和偏钛酸混合物。
[0040]4)将步骤3)所得的钨酸和偏钛酸混合物在煅烧炉内于750~850°C下煅烧成钨、钛混合氧化物。
[0041]5)将步骤4)所得的鹤、钛混合氧化物120公斤和40.0~40.6公斤的炭黑,装入双锥混料器中混合4-6小时。
[0042]6)将步骤5)所得的混合料装舟，送人碳管炉中，控制炉温1900°C，推舟速度为舟/ 30分钟，进行还原、碳化，在还原、碳化作业中，由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体自身保护，并由炉尾排出，点火排放。
[0043]7)所得产品的牌号为CK-55,技术指标见表1。
[0044]表1:WC_TiC固溶体粉末技术指标
[0045]
【权利要求】
1.一种钨-钛-钴系硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，其特征在于包括下述步骤: 按W与Ti的质量比为46-66:23.5-40.5，配取钨酸钠和硫酸钛做为原料，将所配取的原料通过水解共沉积后过滤，煅烧滤渣得到氧化钨与氧化钛的混合产物，按120~125公斤混合产物加入35~43公斤炭黑的比例，将炭黑加入到混合产物中混合均匀后，在1900~2000°C进行还原-碳化处理，得到钨-钛-钴系硬质合金用WC-TiC固溶体粉末，所述煅烧的温度为750~850°C。
2.根据权利要求1所述的一种钨-钛-钴系硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，起特征在于:所述水解共沉积是:在80~90°C，将配取的钨酸钠和硫酸钛配成钨酸钠溶液和硫酸钛溶液后混合、搅拌直至反应完全；所述钨酸钠溶液中W的浓度为79.2~158.6g/L ;所述硫酸钛溶液中Ti的浓度为113.8~161.85g/L。
3.根据权利要求1所述的一种钨-钛-钴系硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，起特征在于:过滤后，滤渣用60-70°C的热水洗涤至中性，并干燥、脱水。
4.根据权利要求1所述的一种钨-钛-钴系硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，起特征在于:将炭黑加入到混合产物中后，在双锥混料器混合4~8小时。
5.根据权利要求1所述的一种钨-钛-钴系硬质合金用WC-TiC固溶体粉末的制备方法，起特征在于:还 原-碳化处理的时间为2-4小时。
【文档编号】C22C29/06GK103820694SQ201410040304
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】盛学智, 易祖成, 甘棋文, 曾孟, 廖彪 申请人:湖南海云冶金材料有限公司