專利名稱：含晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉制備技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過摻入微量元素作為添加劑以抑制晶粒長大，使用APT直接還原碳化并制備超細(xì)WC粉末的生產(chǎn)技術(shù)和工藝。本發(fā)明的制備超細(xì)WC粉末使用適量的微量元素Cr和V作為晶粒長大抑制劑。如何添加微量元素及各微量元素的含量控制是本發(fā)明的核心技術(shù)之一。本發(fā)明涉及的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉可以用來生產(chǎn)超細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
自從亞微細(xì)和超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金產(chǎn)品問世以來，由于其具有高韌性和高耐磨性以及更高的高溫強(qiáng)度，這類產(chǎn)品越來越受到各工業(yè)國的重視，在全球采礦、機(jī)械制造、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面得到越來越多的應(yīng)用。超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金產(chǎn)品首先在瑞典、美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家被研發(fā)生產(chǎn)，主要服務(wù)工具市場。我國從上世紀(jì)70年代后期才開始加入該類產(chǎn)品的生產(chǎn)研制，目前國內(nèi)外已有50多個(gè)牌號屬于超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金。
為了制得性能優(yōu)異的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金，先要制備亞微米級的WC粉末。傳統(tǒng)的制取亞微米WC粉的方法采用低溫氫還原先制備超細(xì)鎢粉，然后與碳混合碳化。該方法存在著幾個(gè)難題1)還原階段難以控制鎢粉粒度長大；2)超細(xì)鎢粉的貯存和運(yùn)輸困難；3)碳化過程中WC顆粒會長大等。
生產(chǎn)超細(xì)WC粉末存在兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，一是控制碳含量，二是控制WC的粒度。眾所周知，如何避開水煤氣反應(yīng)是控制碳含量的關(guān)鍵。為此，我們考慮用氮?dú)獗Ｗo(hù)，即在氮?dú)庵杏锰歼€原碳化來制備超細(xì)WC粉末。
控制粒度是制備超細(xì)WC粉末的另一個(gè)關(guān)鍵。有研究指出，原始氧化鎢的活性越高，可以顯著降低碳化溫度。用氧化物作為制備超細(xì)WC粉的原料，用乙二胺鎢酸鹽制備鎢粉。乙二胺鎢酸鹽具有自還原性，分解產(chǎn)物具有活性高和分散性好以及殘留碳量高等優(yōu)點(diǎn)。用乙二胺鎢酸鹽制備的鎢粉比表面積可達(dá)20-30m2/g，且其聚集體基本上保持與原料相同的偽晶形態(tài)。WC顆粒的長大是由高溫下的燒結(jié)聚集長大以及粒度不均勻所造成的局部長大引起的。影響WC顆粒長大的主要因素有原始鎢粉粒度、碳化溫度與時(shí)間，以及抑制劑的種類與量的大小。摻入微量元素作為添加劑以抑制晶粒長大，是制取超細(xì)WC粉末的有效方法。早期的研究表明，加入周期表中IV、V、VI族難熔金屬碳化物和難熔金屬可以阻止WC晶粒的不均勻長大；在Co中溶解最大的碳化物是VC，其次是Mo2C, Cr3C2，NbC, TaC, TiC, ZrC和HfC0阻止WC晶粒長大的作用與其在Co中的溶解度成正比，即V>Mo>Cr>Nb>Ta>Ti>Zr>Hf。當(dāng)添加量在Co液相中達(dá)到飽和時(shí)，其抑制晶粒長大的效果最大。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前國內(nèi)硬質(zhì)合金的生產(chǎn)現(xiàn)狀，我們經(jīng)過多年努力，選擇使用APT直接還原碳化來制備超細(xì)WC粉末的生產(chǎn)技術(shù)和工藝。通過改進(jìn)制粉工藝，利用特殊方法成功地添加適量的微量元素，研制出可用于生產(chǎn)高品級硬質(zhì)合金產(chǎn)品的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉。本發(fā)明是通過大量的實(shí)驗(yàn)研究完成的，已經(jīng)在湖南省株洲某硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠家(參見例子1)，湖南省株洲某公司(參見例子2)，湖南省長沙市某公司(參見例子3)等企業(yè)推廣使用，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。該發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)超細(xì)硬質(zhì)合金的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉的制備技術(shù)，有如下特點(diǎn)
1)根據(jù)合金相圖分析及顆粒長大機(jī)理研究，經(jīng)過大量的制粉試驗(yàn)及硬質(zhì)合金壓制燒結(jié)機(jī)理研究，確定了合適的化學(xué)成分、碳含量及晶粒長大抑制劑含量；
2)乙二胺鎢酸鹽熱分解時(shí)能生成很多具有還原性的揮發(fā)性組份如H2、NH3、CH4、C2H2等。這些組份在高溫下分解形成分布彌散均勻的游離碳，對鎢酸鹽在高溫區(qū)(600-700°C)的自還原過程起決定性作用。采用這種方法，經(jīng)過優(yōu)化工藝后制備的摻雜氧化鎢比表面積高、活性大；
3)通過特殊方法在WC粉中添加和調(diào)控微量元素(晶粒長大抑制劑Cr和V)；添加的晶粒長大抑制劑以VC或Cr7C3和Cr3C2相存在于WC粉中；
4)在制備階段加入晶粒長大抑制劑有許多優(yōu)點(diǎn)，包括可以使晶粒長大抑制劑彌散分布在粉末中，細(xì)化焙解產(chǎn)物低價(jià)氧化鎢，在直接還原碳化過程中抑制WC顆粒長大；
5)直接還原碳化的合適工藝條件為首先用乙二胺鎢酸鹽制取高活性，高比表面積的氧化鎢；然后用這種氧化鎢為原料配碳直接還原碳化；合適的工藝條件為1000°C /2h/N2+IlOO0C /lh/H2 ；
6)本發(fā)明的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉的制備技術(shù)所用原材料價(jià)格便宜、供應(yīng)充足。含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉制備工藝簡單、容易控制；具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉的主要技術(shù)指標(biāo)包括碳含量和粉體粒度(BET-S)值如表1所示。
表IWC粉碳含量與BET-S值
編號OL3L6LIOL6F6^碳含量(m%)6. 0845. 4266. 8516. 9966. 2105. 440BET-S 值(m2/g)11. 4612. 2213. 8414. 9717. 0410. 47
注:(1000°C /2h/N2)+ (IlOO0C /lh/H2)含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉的生產(chǎn)設(shè)備包括
1)反應(yīng)設(shè)備;
2)GK-2B高溫?cái)U(kuò)散爐；3)鉬絲爐；
4)石墨燒舟；
5)烘箱；
6)101型鋼鐵定碳儀；
7)SE-03型表面孔徑儀；
8)真空包裝機(jī)。


圖1是本發(fā)明生產(chǎn)含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉的具體生產(chǎn)工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式針對國內(nèi)外對超細(xì)WC粉的迫切需求，通過多年的反復(fù)試驗(yàn)，我們研制出含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉的制備技術(shù)，并在國內(nèi)幾家硬質(zhì)合金產(chǎn)品和粉末冶金產(chǎn)品生產(chǎn)廠家得到成功的應(yīng)用。首先將含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉與一定比例的Co粉均勻混合，然后壓制成一定形狀的毛坯經(jīng)過高溫真空燒結(jié)后得到具有超細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金廣品。
例子1 湖南省株洲市某硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠家A，使用我們生產(chǎn)的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉生產(chǎn)出的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金模具，其壽命是普通硬質(zhì)合金模具的1. 5倍。
例子2 湖南省株洲市某公司B，使用我們生產(chǎn)的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉生產(chǎn)硬質(zhì)合金產(chǎn)品，其壽命是普通產(chǎn)品的1. 6倍。
例子3 湖南長沙市某公司C使用我們生產(chǎn)的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉進(jìn)行噴涂后，涂層更加致密，性能更加優(yōu)異。本發(fā)明涉及的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉的制備技術(shù)，生產(chǎn)方法簡單，操作容易。本發(fā)明的產(chǎn)品與國內(nèi)原有產(chǎn)品相比，設(shè)備投資較少，生產(chǎn)成本略低，所用原材料不會對操作人員造成傷害。依照本發(fā)明的技術(shù)，并按照本發(fā)明的制造方法操作實(shí)施，可以達(dá)到本發(fā)明所提供的技術(shù)指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種通過摻入微量元素作為添加劑以抑制晶粒長大，使用APT直接還原碳化并制備超細(xì)WC粉末的生產(chǎn)技術(shù)和工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)及工藝，其特征是1)使用APT直接還原碳化并制備超細(xì)WC粉末的生產(chǎn)技術(shù)和工藝；2)添加與調(diào)控微量元素的特殊方法；3)碳含量的控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉生產(chǎn)技術(shù)和工藝，其相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備包括1)反應(yīng)設(shè)備；2)GK-2B高溫?cái)U(kuò)散爐；3)鉬絲爐；4)石墨燒舟；5)烘箱；6) 101型鋼鐵定碳儀；7) SE-03型表面孔徑儀；8)真空包裝機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備含晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉配方及生產(chǎn)技術(shù)和工藝，其特征是1)本發(fā)明生產(chǎn)工藝簡單，原材料來源廣泛、成本低廉，明顯提高超細(xì)WC粉生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益；2)使用本發(fā)明的含晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金零部件，提高生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。
全文摘要
由于亞微細(xì)和超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金產(chǎn)品具有很好的高溫強(qiáng)度、韌性和耐磨性，長期占據(jù)工模具、采礦、機(jī)械制造、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等高端市場，在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過多年研究，我們發(fā)明使用APT直接還原碳化制備超細(xì)WC粉末的生產(chǎn)技術(shù)和工藝。通過改進(jìn)制粉工藝，采取特殊方法添加適量的微量元素，應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)能夠生產(chǎn)含有晶粒長大抑制劑Cr和V的超細(xì)WC粉和相應(yīng)的高品級硬質(zhì)合金產(chǎn)品。
文檔編號C01B31/36GK102381707SQ20111021717
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者王子儀, 王平, 鄭峰 申請人:王子儀, 王平, 鄭峰