專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)金屬?gòu)U料的處理，尤其涉及一種利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金被廣泛用作刀具材料，如車(chē)刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、 有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來(lái)切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。涂層技術(shù)的發(fā)展是干式切削加工得以推廣應(yīng)用的重要條件之一。為了提高表面的耐磨性能，常加入碳化鎢耐磨相。碳化鎢(WC)為黑色六方晶體，有金屬光澤，硬度與金剛石相近，是一種重要的硬質(zhì)合金材料。其中，占絕大比例的鎢又起到了決定性的作用鎢本身的硬度高，延性強(qiáng)，常溫下不受空氣的侵蝕，熔點(diǎn)高達(dá)3410°C左右，成為最難熔的金屬。因?yàn)殒u具有這些特點(diǎn)，因此日益成為一種重要且具戰(zhàn)略意義的物質(zhì)。隨著鎢礦的大量開(kāi)采和鎢用量的增加，鎢資源的儲(chǔ)量將越來(lái)越少，導(dǎo)致世界鎢業(yè)將面臨嚴(yán)峻的形勢(shì)?，F(xiàn)實(shí)和趨勢(shì)預(yù)測(cè)表明國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上鎢的用量、價(jià)格將日見(jiàn)其漲，而其在地球上的探明儲(chǔ)量估計(jì)僅夠用50年。傳統(tǒng)碳化鎢的合成一般采用還原碳化兩步法，由含鎢前驅(qū)體制備鎢粉，再由鎢粉與碳黑在1400 1600°C高溫下混合碳化，最終制得碳化鎢粉末。但此法得到的碳化鎢顆粒形貌不規(guī)則，當(dāng)激光熔覆此類(lèi)材料時(shí)，由于碳化鎢顆粒分解，導(dǎo)致熔覆層性能差、容易開(kāi)裂、 并形成裂紋，不能有效提高耐磨性。此外，激光熔覆的過(guò)程中，由于材料的加熱與冷卻都非常迅速，粘結(jié)劑或者碳素墨水很容易殘留在熔覆層，使得熔覆層易出現(xiàn)氣孔，甚至裂紋，直接影響到熔覆層的質(zhì)量和應(yīng)用。碳化鎢的鍍覆還可以采用傳統(tǒng)的磁控濺射技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其工藝較易控制，膜層表面光滑，但缺點(diǎn)為離化率低，膜的致密度低，膜基結(jié)合力差。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法。本發(fā)明利用鎢廢料作為原料，大大降低了生產(chǎn)成本，在獲得較好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也促進(jìn)了鎢廢料的循環(huán)利用。本發(fā)明采用溶膠凝膠技術(shù)制備的碳化鎢納米膜具有密度高、均勻性強(qiáng)、耐磨性強(qiáng)、處理溫度低、反應(yīng)條件易于控制等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供了一種利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法，包括以下步驟(1) 取鎢廢料置于電解液中經(jīng)電溶分解得到碳化鎢粒料，進(jìn)行磁選，隨后進(jìn)行脫碳、堿溶、加氨和煅燒制得氧化鎢粉末；( 取氧化鎢粉末加入乙醇、乙酸和丙酮中的一種或幾種混合均勻，過(guò)濾去除反應(yīng)剩余物，制得淺黃色氧化鎢溶膠；(3)取氧化鎢溶膠加熱并攪拌蒸發(fā)，濃縮后制得氧化鎢凝膠；(4)取硬質(zhì)合金浸漬在氧化鎢凝膠中，用提拉涂膜法在硬質(zhì)合金表面提拉成膜，制得氧化鎢涂層；( 取氧化鎢涂層和硬質(zhì)合金干燥、冷卻，制得鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金；(6)取鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金置于通入還原性氣體的還原爐中碳化，制得鍍覆在硬質(zhì)合金表面的碳化鎢耐磨涂層。其中，步驟(1) “鎢廢料”是指鎢浸出渣、含鎢合金廢料和含鎢廢催化劑中的一種或幾種。鎢廢料中的鎢主要以氧化鎢、碳化鎢、硫化鎢或鎢酸鹽等形式存在。其中，脫碳步驟在窯爐中進(jìn)行，制得氧化鎢粒料，窯爐溫度控制在500 1600°C， 脫碳步驟中保持空氣流通或通入0. 5 1. Oatm的氧氣。堿溶步驟是將制得的氧化鎢粒料加入到質(zhì)量濃度為30% 50%的氫氧化鈉溶液中，并在130 180°C液溫下攪拌、浸泡得到粗鎢酸鈉溶液，同時(shí)沉淀分離去除二價(jià)鈷離子、 鎳離子、鐵離子和錳離子等雜質(zhì)離子。加氨步驟是在含鎢有機(jī)相中加入氨水?dāng)嚢?，然后進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮，得到高純度的仲鎢酸銨結(jié)晶。煅燒步驟是將仲鎢酸銨結(jié)晶進(jìn)行煅燒得到氧化鎢粉末，其中煅燒溫度為650 750 °C。本發(fā)明步驟(1)中利用鎢廢料作為原料，大大降低了生產(chǎn)成本，在獲得較好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也促進(jìn)了鎢廢料的循環(huán)利用。步驟O)中有機(jī)溶劑可以為乙醇、乙酸和丙酮中的一種或幾種。有機(jī)溶劑可以提高溶膠穩(wěn)定性，而且可以提高薄膜的均勻性。優(yōu)選地，有機(jī)溶劑選用無(wú)水乙醇和乙酸，按 0. 1 5kg氧化鎢粉末加入1. 5 2. 5L無(wú)水乙醇和0. 5 1. OL乙酸混合均勻。步驟(3)中濃縮可采用減壓蒸餾濃縮，濃縮3 5倍。步驟(4)中采用提拉涂膜法，其優(yōu)點(diǎn)是便于大面積成膜。提拉涂膜的速度為50 200mm/ 分鐘。步驟(5)中對(duì)氧化鎢納米膜的干燥，可以采用自然干燥，也可以采用熱處理的方法干燥。當(dāng)采用熱處理方法干燥時(shí)，溫度優(yōu)選為300 500°C。步驟(6)為取鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金置于通入還原性氣體的還原爐中碳化，以3 5°C /min的升溫速度將碳化溫度升至750 1200°C，并保溫?cái)?shù)個(gè)小時(shí)，使非碳元素成分以H2O或NH3等氣體形式排出。升溫過(guò)快，碳化將不徹底，所得碳化鎢純度低。升溫太慢，則造成還原性氣體的損耗較大，成本也隨之增加。其中，還原性氣體為H2與C2H2的混合氣體，或者H2與CH4的混合氣體。優(yōu)選地，還原性氣體為H2與C2H2的混合氣體(H2與C2H2的體積比為1 5)，或者H2與CH4的混合氣體 (H2與CH4的體積比為1 4)。本發(fā)明通入C2H2或者CH4的目的是為了增加碳源，得到純度更高的碳化鎢納米膜。優(yōu)選地，碳化溫度為950 1200°C，保溫3 5h。碳化溫度和時(shí)間的選擇以使偏鎢酸銨和碳源能夠充分反應(yīng)為準(zhǔn)。碳化后生成純度較高的碳化鎢。步驟(6)最終制得鍍覆在硬質(zhì)合金表面的碳化鎢耐磨涂層。本發(fā)明提供的利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法，具有以下有益效果(1)利用鎢廢料作為原料，大大降低了生產(chǎn)成本，在獲得較好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也促進(jìn)了鎢廢料的循環(huán)利用，適用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用。金屬鎢是一種稀有金屬，因其特有的理化性質(zhì)被廣泛用于冶金、石油化工和電子等重要工業(yè)領(lǐng)域。隨著鎢礦的大量開(kāi)采和鎢用量的增加，鎢資源的儲(chǔ)量將越來(lái)越少，導(dǎo)致世界鎢業(yè)將面臨嚴(yán)峻的形勢(shì)。合理回收再利用鎢廢料可以彌補(bǔ)原鎢資源不足的缺陷，從而帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。(2)本發(fā)明采用溶膠凝膠技術(shù)制備的碳化鎢納米膜具有密度高、均勻性強(qiáng)、耐磨性強(qiáng)、處理溫度低、反應(yīng)條件易于控制等優(yōu)點(diǎn)。(3)本發(fā)明制備的碳化鎢納米涂層作為耐磨涂層覆蓋在硬質(zhì)合金上時(shí)，可以在硬質(zhì)合金與被切削材料之間形成隔離層，通過(guò)抑制從切削區(qū)到硬質(zhì)合金的熱傳導(dǎo)來(lái)降低熱沖擊，并且可以減少摩擦力及摩擦熱。硬質(zhì)合金鍍覆有碳化鎢納米膜后可實(shí)現(xiàn)固體潤(rùn)滑，減少摩擦和粘結(jié)，使得硬質(zhì)合金吸收熱量減少，可承受更高的切削溫度。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1為本發(fā)明的流程示意圖。實(shí)施例一一種利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法，包括以下步驟(1)取適量的廢棄硬質(zhì)合金置于電解液中經(jīng)電溶分解得到碳化鎢粒料，進(jìn)行磁選、 破碎獲得初步提純的碳化鎢粉，將碳化鎢粉置于窯爐中，窯爐溫度設(shè)置為500°C，并保持空氣流通進(jìn)行高溫氧化，從而得到氧化鎢粒料。將制得的氧化鎢粒料加入到質(zhì)量濃度為30% 的氫氧化鈉溶液中，并在130°C液溫下攪拌、浸泡4個(gè)小時(shí)得到粗鎢酸鈉溶液，同時(shí)沉淀分離出去二價(jià)鈷離子、鎳離子、鐵離子和錳離子等雜質(zhì)離子。在含鎢有機(jī)相中加入氨水?dāng)嚢瑁?然后進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮，得到高純度的仲鎢酸銨結(jié)晶。將仲鎢酸銨結(jié)晶進(jìn)行煅燒得到氧化鎢粉末，其中煅燒溫度為650°C。(2)取氧化鎢粉末按固液比Ikg IL加入無(wú)水乙醇中混合均勻，過(guò)濾去除反應(yīng)剩余物，制得淺黃色氧化鎢溶膠。(3)取氧化鎢溶膠加熱并攪拌蒸發(fā)，濃縮3倍后制得氧化鎢凝膠；(4)取硬質(zhì)合金浸漬在氧化鎢凝膠中，用提拉涂膜法在硬質(zhì)合金表面提拉成膜，制得氧化鎢涂層。提拉涂膜的速度為50mm/分鐘。(5)取氧化鎢涂層和硬質(zhì)合金自然干燥、冷卻，制得鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合
^^ ο(6)取鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金置于通入H2的還原爐中碳化，碳化溫度為 950°C，保溫池。制得鍍覆在硬質(zhì)合金表面的碳化鎢耐磨涂層。實(shí)施例二一種利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法，包括以下步驟(1)取適量的廢棄硬質(zhì)合金置于電解液中經(jīng)電溶分解得到碳化鎢粒料，進(jìn)行磁選、 破碎獲得初步提純的碳化鎢粉，將碳化鎢粉置于窯爐中，窯爐溫度設(shè)置為1600°C，并通入
51.Oatm的氧氣進(jìn)行高溫氧化，從而得到氧化鎢粒料。將制得的氧化鎢粒料加入到質(zhì)量濃度為50%的氫氧化鈉溶液中，并在180°C液溫下攪拌、浸泡6個(gè)小時(shí)得到粗鎢酸鈉溶液，同時(shí)沉淀分離出去二價(jià)鈷離子、鎳離子、鐵離子和錳離子等雜質(zhì)離子。在含鎢有機(jī)相中加入氨水?dāng)嚢瑁缓筮M(jìn)行蒸發(fā)、濃縮，得到高純度的仲鎢酸銨結(jié)晶。將仲鎢酸銨結(jié)晶進(jìn)行煅燒得到氧化鎢粉末，其中煅燒溫度為750°C。(2)取氧化鎢粉末加入無(wú)水乙醇和丙酮的混合溶液中，按0. Ikg氧化鎢粉末加入
2.5L無(wú)水乙醇和0. 5L丙酮混合均勻。過(guò)濾去除反應(yīng)剩余物，制得淺黃色氧化鎢溶膠。(3)取氧化鎢溶膠加熱并攪拌蒸發(fā)，濃縮5倍后制得氧化鎢凝膠；(4)取硬質(zhì)合金浸漬在氧化鎢凝膠中，用提拉涂膜法在硬質(zhì)合金表面提拉成膜，制得氧化鎢涂層。提拉涂膜的速度為50mm/分鐘。( 取氧化鎢涂層和硬質(zhì)合金采用熱處理的方法干燥。熱處理溫度為300°C。冷卻，制得鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金。(6)取鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金置于通入H2與C2H2的混合氣體(H2與C2H2 的體積比為1 幻的還原爐中碳化，碳化溫度為1200°C，保溫證。制得鍍覆在硬質(zhì)合金表面的碳化鎢耐磨涂層。實(shí)施例三一種利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法，包括以下步驟(1)取適量的廢棄硬質(zhì)合金置于電解液中經(jīng)電溶分解得到碳化鎢粒料，進(jìn)行磁選、 破碎獲得初步提純的碳化鎢粉，將碳化鎢粉置于窯爐中，窯爐溫度設(shè)置為1000°C，并通入 0. 5atm的氧氣進(jìn)行高溫氧化，從而得到氧化鎢粒料。將制得的氧化鎢粒料加入到質(zhì)量濃度為40%的氫氧化鈉溶液中，并在150°C液溫下攪拌、浸泡5個(gè)小時(shí)得到粗鎢酸鈉溶液，同時(shí)沉淀分離出去二價(jià)鈷離子、鎳離子、鐵離子和錳離子等雜質(zhì)離子。在含鎢有機(jī)相中加入氨水?dāng)嚢?，然后進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮，得到高純度的仲鎢酸銨結(jié)晶。將仲鎢酸銨結(jié)晶進(jìn)行煅燒得到氧化鎢粉末，其中煅燒溫度為700°C。(2)取氧化鎢粉末加入無(wú)水乙醇和乙酸的混合溶液中，按5kg氧化鎢粉末加入 2. OL無(wú)水乙醇和1.0L乙酸混合均勻。過(guò)濾去除反應(yīng)剩余物，制得淺黃色氧化鎢溶膠。(3)取氧化鎢溶膠加熱并攪拌蒸發(fā)，濃縮4倍后制得氧化鎢凝膠；(4)取硬質(zhì)合金浸漬在氧化鎢凝膠中，用提拉涂膜法在硬質(zhì)合金表面提拉成膜，制得氧化鎢涂層。提拉涂膜的速度為IOOmm/分鐘。( 取氧化鎢涂層和硬質(zhì)合金采用熱處理的方法干燥。熱處理溫度為500°C。冷卻，制得鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金。(6)取鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金置于通入H2與CH4的混合氣體(H2與CH4的體積比為1 4)的還原爐中碳化，碳化溫度為1000°C，保溫4h。制得鍍覆在硬質(zhì)合金表面的碳化鎢耐磨涂層。
權(quán)利要求
1.一種利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)取鎢廢料置于電解液中經(jīng)電溶分解得到碳化鎢粒料，進(jìn)行磁選，隨后進(jìn)行脫碳、堿溶、加氨和煅燒制得氧化鎢粉末；(2)取所述氧化鎢粉末加入乙醇、乙酸和丙酮中的一種或幾種混合均勻，過(guò)濾去除反應(yīng)剩余物，制得淺黃色氧化鎢溶膠；(3)取所述氧化鎢溶膠加熱并攪拌蒸發(fā)，濃縮后制得氧化鎢凝膠；(4)取硬質(zhì)合金浸漬在所述氧化鎢凝膠中，用提拉涂膜法在所述硬質(zhì)合金表面提拉成膜，制得氧化鎢涂層；(5)取所述氧化鎢涂層和所述硬質(zhì)合金干燥、冷卻，制得鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合(6)取所述鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金置于通入還原性氣體的還原爐中碳化，制得鍍覆在硬質(zhì)合金表面的碳化鎢耐磨涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中所述脫碳步驟在窯爐中進(jìn)行，窯爐溫度控制在500 1600°C，脫碳步驟中保持空氣流通或通入0. 5 1. Oatm的氧氣。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中所述堿溶步驟是加入質(zhì)量濃度為30% 50%的氫氧化鈉溶液，并在130 180°C液溫下攪拌、浸泡，得到粗鎢酸鈉溶液，同時(shí)沉淀分離去除二價(jià)鈷離子、鎳離子、鐵離子和錳離子等雜質(zhì)離子。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中所述加氨步驟是加入氨水?dāng)嚢?，然后進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮，得到高純度的仲鎢酸銨結(jié)晶。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中所述煅燒步驟是將仲鎢酸銨結(jié)晶進(jìn)行煅燒得到氧化鎢粉末，其中煅燒溫度為650 750°C。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中所述有機(jī)溶劑選用無(wú)水乙醇和乙酸，按0. 1 5kg所述氧化鎢粉末加入1. 5 2. 5L所述無(wú)水乙醇和0. 5 1. OL乙酸混合均勻。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟中所述提拉涂膜的速度為 50 200mm/分鐘。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)中所述還原性氣體為H2與C2H2 的混合氣體，或者吐與CH4的混合氣體。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)中所述碳化是將碳化溫度升至 750 1200°C，并保溫?cái)?shù)個(gè)小時(shí)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)中所述碳化溫度為950 1200°C，保溫 3 5h。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用鎢廢料制備碳化鎢耐磨涂層的方法。本發(fā)明利用鎢廢料作為原料制得氧化鎢粉末，加入有機(jī)溶劑中混合均勻，過(guò)濾去除反應(yīng)剩余物，制得淺黃色氧化鎢溶膠，加熱并攪拌蒸發(fā)，濃縮后制得氧化鎢凝膠，用提拉涂膜法在硬質(zhì)合金表面提拉成膜，制得氧化鎢涂層，干燥、冷卻，制得鍍覆有氧化鎢納米膜的硬質(zhì)合金，置于通入還原性氣體的還原爐中碳化，制得鍍覆在硬質(zhì)合金表面的碳化鎢耐磨涂層。本發(fā)明大大降低了生產(chǎn)成本，在獲得較好經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也促進(jìn)了鎢廢料的循環(huán)利用。本發(fā)明采用溶膠凝膠技術(shù)制備的碳化鎢納米膜具有密度高、均勻性強(qiáng)、耐磨性強(qiáng)、處理溫度低、反應(yīng)條件易于控制等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C26/02GK102443800SQ20101050723
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者譚翠麗, 閆梨 申請(qǐng)人:深圳市格林美高新技術(shù)股份有限公司, 荊門(mén)市格林美新材料有限公司