一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法与流程

本发明属于超细碳化钨粉末的制备技术领域，具体涉及一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法。

背景技术：

随着如今科技飞速发展，工业生产及人民日常生活对硬质合金的需求日益增多。超细碳化钨(wc)作为目前应用最广泛的硬质合金材料，不仅硬度高、耐磨性好，而且还具有高的强度和韧性，因此在难切削加工领域得到广泛应用。实际上，当其他一切条件等同的情况下，wc基硬质合金的每一项性能，如硬度、模量、耐磨性、抗压强度等都随着wc平均粒度的减小而增强，所以对于超细wc的制备意义深远。金属镍为常用硬质合金粘结剂，wc-ni(co)硬质合金通过加入适量适当的添加剂而具有优异的耐磨耐蚀性。并且镍的全球储量巨大，价格基本不会受到市场影响有太大变化。

目前，工业应用较广泛的超细wc制备工艺主要为氧化钨氢还原碳化法及高能球磨法。氧化钨氢还原碳化法需要向高温炉内通氢气将三氧化钨还原成钨粉，再将钨粉与炭黑按等摩尔比混合，在氢气气氛下进行碳化，碳化温度为1400～1600℃；而高能球磨法则需要将钨粉与碳粉混合均匀后放入转速高达800r/min的高能球磨机中进行长时间球磨，而且此方法对球磨机转速要求较高，并且球磨机破碎wc粉末效率较低，因此需要相当长的破碎时间，产物的粒度分布较难控制，影响粉末性能。

综上所述，氧化钨氢还原碳化法和高能球磨法在制备生产超细碳化钨粉末时，还存在一些技术难点，因此，需要一种适用于工艺级生产超细碳化钨粉末的工艺方法。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法，包括：

通过将钨粉和葡萄糖按物质的量比为1：1～1:1.5混合后，配制成混合原料；

将所述混合原料装入到球磨罐中，再加入研磨球后，对所述球磨罐进行惰性气体保护或抽真空处理；

将所述球磨罐放入到球磨机的炉膛中后，通过所述球磨机对所述混合原料进行球磨，并在球磨过程中，将所述炉膛升温至400～450℃，保温30～40min后，再将所述炉膛升温至700～800℃，保温60～80h；

关闭所述球磨机，并将所述炉膛冷却至室温，取出所述球磨罐，即可得到粒度均匀的超细碳化钨粉末。

进一步的，在将所述混合原料装入到所述球磨罐中前，向所述混合原料中加入钨粉和葡萄糖总质量的8～15％的硬质合金粘结剂。

进一步的，所述硬质合金粘结剂为钴粉或镍粉中的一种或混合物。

进一步的，在将所述混合原料和所述研磨球装入到所述球磨罐中时，所述研磨球和所述混合原料的质量比为15～30:1，其中，所述研磨球为直径为12mm的不锈钢或碳化钨研磨球。

进一步的，在通过所述球磨机对所述混合原料进行球磨时，所述球磨机电动机的转速为450～500rpm。

进一步的，在将所述炉膛升温的过程中，所述炉膛的升温速率为4～6℃/min。

本发明提供的一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法，通过将钨粉和葡萄糖混合成的原料在高温下进行机械力化学法使钨粉和葡萄糖之间完成一步反应，便可得到粒度均匀的超细碳化钨粉末，减少了操作步骤，节省了生产时间，为大规模工业化生产提供了新的方法；并且，将常规的氧化钨氢还原碳化法的碳化温度由1400～1600℃大幅降低至700～800℃，同时无需使用高转速球磨机，在非常低的转速下便可成功制备平均粒径为0.225μm的超细wc粉末。因此，本发明提供的超细碳化钨粉末的制备方法不但具有工艺简单、耗能少、成本低的优点，并且还能够缩短了反应时间，具有很高的工业价值。

附图说明

图1为本发明示例性实施例的一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法的流程示意图；

图2为本发明示例性实施例的又一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法的流程示意图；

图3为本发明示例性实施例1制备的超细碳化钨粉末的xrd的衍射图谱；

图4为本发明示例性实施例1制备的超细碳化钨粉末的激光粒度仪的检测图谱；

图5为本发明示例性实施例1制备的超细碳化钨粉末的扫描电镜的分析图片。

具体实施方式

为克服现有技术中的不足，本发明提供一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法，包括：

s100、通过将钨粉和葡萄糖按物质的量比为1：1～1:1.5混合后，配制成混合原料；

s200、将混合原料装入到球磨机的球磨罐中，再加入直径为12mm的不锈钢或碳化钨研磨球后，其中研磨球和混合原料的质量比为15～30:1，对球磨罐进行惰性气体保护或抽真空处理；

s300、将球磨罐放入到球磨机的炉膛中后，通过将球磨机的转速设置为450～500rpm后，来对混合原料进行球磨；并在球磨过程中，将炉膛升温至400～450℃，保温30～40min后，再将炉膛升温至700～800℃，保温60～80h，其中，在将进行两次升温的过程中，炉膛的升温速率均为4～6℃/min；

s400、关闭球磨机，并将炉膛冷却至室温，取出球磨罐，即可得到粒度均匀的超细碳化钨粉末。

本发明通过将钨粉和葡萄糖在球磨机中进行一步反应可得到最终产物，其中，本发明中使用的钨粉无需通过对氧化钨进行预处理来制备，而是直接采用钨粉与葡萄糖粉作为反应物；由于本发明选择的有机碳源为具有高活性的葡萄糖，可促进反应进行，并且葡萄糖在无氧条件下于400℃左右可分解为碳与水蒸气，分解产生的碳具有活性高促进反应加快，故采用葡萄糖作为碳源即可产生既定效果，又可促使反应速度优于使用常规碳粉，同时通过使混合原料在加热与球磨的同时进行反应，可将常规的碳化温度由1400～1600℃大幅降低至700～800℃；并且本发明无需使用高转速球磨机，在非常低的转速下便可成功制备出平均粒径为0.2μm左右的超细wc粉末。因此本发明工艺简单、耗能少、成本低，并且缩短了反应时间，具有很高的工业价值。

作为一优选实施方式，在将混合原料装入到所述球磨罐中前，向混合原料中加入钨粉和葡萄糖总质量的8～15％的硬质合金粘结剂。

进一步的，硬质合金粘结剂为钴粉或镍粉中的一种或混合物。

由于混合原料是通过高温机械力化学法进行的反应，并在反应过程中，在反应压力保持不变的条件下，球磨的机械力使粉末进一步细化并且分散得更加均匀，随着反应的进行，反应物和产物不断得到细化，由于不间断的球磨使得未反应的反应物表面及时暴露出来，使碳更容易进入钨的晶格中，镍粉和钴粉为常用的硬质合金粘结剂，按一定比例与反应物混合后粘结效果更好，对于钨粉与碳粉的反应有更强的加速作用，更加促进了碳粉与钨粉进行结合反应。另外，适当的球磨细化了晶粒、增大了比表面积，从而改善了动力学条件，使本来在高温下才会进行得更完全的反应，在较低的温度下也能够实现，由于球磨的存在，减少了团聚现象的发生。

下面通过实施例对本发明提供的一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法做具体说明。

实施例1

如图2所示，一种以钨粉和葡萄糖为原料制备超细碳化钨粉末的方法，包括：

s100、将90g钨粉和100g葡萄糖粉混合均匀，并加入19g钴粉制成混合原料；

s200、将混合原料装入到球磨机的球磨罐中，再加入直径为12mm的不锈钢或碳化钨研磨球后，其中研磨球和混合原料的质量比为15:1，对球磨罐进行惰性气体保护或抽真空处理；

s300、将球磨罐放入到球磨机的炉膛中后，通过将球磨机的转速设置为450～500rpm后，来对混合原料进行球磨；并在球磨过程中，将炉膛升温至400℃，保温30min后，再将炉膛升温至800℃，保温60h，其中，在将进行两次升温的过程中，炉膛的升温速率均为4℃/min；

s400、关闭球磨机，并将炉膛冷却至室温，取出球磨罐，即可得到粒度均匀的超细碳化钨粉末。

实施例2

s100、将60g钨粉和60g葡萄糖粉混合均匀，并加入15g镍粉制成混合原料；

s200、将混合原料装入到球磨机的球磨罐中，再加入直径为12mm的不锈钢或碳化钨研磨球后，其中研磨球和混合原料的质量比为20:1，对球磨罐进行惰性气体保护或抽真空处理；

s300、将球磨罐放入到球磨机的炉膛中后，通过将球磨机的转速设置为450～500rpm后，来对混合原料进行球磨；并在球磨过程中，将炉膛升温至430℃，保温35min后，再将炉膛升温至750℃，保温70h，其中，在将进行两次升温的过程中，炉膛的升温速率均为5℃/min；

s400、关闭球磨机，并将炉膛冷却至室温，取出球磨罐，即可得到粒度均匀的超细碳化钨粉末。

实施例3

s100、将70g钨粉和105g葡萄糖粉混合均匀，并加入13g钴粉和13g镍粉制成混合原料；

s200、将混合原料装入到球磨机的球磨罐中，再加入直径为12mm的不锈钢或碳化钨研磨球后，其中研磨球和混合原料的质量比为30:1，对球磨罐进行惰性气体保护或抽真空处理；

s300、将球磨罐放入到球磨机的炉膛中后，通过将球磨机的转速设置为450～500rpm后，来对混合原料进行球磨；并在球磨过程中，将炉膛升温至450℃，保温40min后，再将炉膛升温至800℃，保温80h，其中，在将进行两次升温的过程中，炉膛的升温速率均为6℃/min；

s400、关闭球磨机，并将炉膛冷却至室温，取出球磨罐，即可得到粒度均匀的超细碳化钨粉末。

对实施例1的制备的超细碳化钨粉末分别进行xrd检测、激光粒度仪检测和扫描电镜分析，可以得出以下结论：

如图3所示，在xrd图谱中碳化钨的峰尖锐，并且与碳化钨的标准峰一一对应，不存在多余的杂峰，因此，说明碳化钨粉末的结晶度良好。

如图4所示，通过激光粒度仪检测进行检测的粒度的图谱，可以分析出粒度为0.2μm的产品粉末所占体积最多，接近20％，可以说明碳化钨粉末的粒度较小。

如图5所示，通过对碳化钨粉末的扫描电镜图的图片进行分析，可以观察到此粉末均匀，无团聚现象，均为颗粒状。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。