[发明专利]一种均匀粗晶粒钨粉及碳化钨粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于难熔金属冶炼技术，涉及一种均匀粗晶粒钨粉的制备方法，以 及利用此粗晶粒钨粉制备粗晶粒碳化钨粉末的方法。均匀粗晶粒钨粉及碳化钨 粉末主要用于制备粗晶、超粗晶硬质合金，生产矿山工具、冲压模具、钻掘、 采掘工具，也可应用于喷涂、喷焊等硬面材料。

背景技术

粗晶粒碳化钨因其结晶性能好、结构缺陷少、亚晶尺寸粗大、显微硬度高、 微观应变小、具有一定的塑性等一系列优点，用于生产硬质合金，可显著改善 粗晶硬质合金的抗断裂(冲击)韧性，提高使用寿命而得以广泛应用。因此， 晶粒粗大、均匀、结晶较好的碳化钨粉末是制备高性能粗晶硬质合金的关键， 而影响制备粗晶粒碳化钨粉末最关键的因素在于制备出晶粒粗大、均匀、结晶 好、高纯的优质钨粉。国内外制备粗晶粒钨粉、碳化钨粉较为传统的方法为氧 化钨高温还原高温碳化法，该方法一般都是采用干氢还原，还原温度要求900～ 1200℃，甚至更高，然后将钨粉在1600℃以上的温度下碳化，所生产的钨粉、 碳化钨粉的粒度只能达到7～15μm，并且粉末粒度均匀性不好，细粉较多。

国外制备粗晶粒碳化钨粉末用得较多的一种方法是铝热法。E.N.Smith在 “Metal Powder Report”杂志第35卷第2册(1980年2月)第53，54页上 发表的题为“直接生产一碳化钨的宏量方法”一文中详细叙述过铝热法的工艺 原理。美国肯纳金属(Kennametal)在其专利U.S 4,834,963中公开了一种用 铝热法制备粗晶粒碳化钨粉末的方法，该方法以钨精矿为原料、氧化铁为氧化 剂、铝作还原剂、碳化钙作碳化剂，将这些物料球混后于2000℃以上反应并熔 融碳化而制备粗晶粒碳化钨粉末。专利87107470《粗晶——碳化钨粉末及其生 产方法》公开了一种改进的铝热法用于制备粗晶粒碳化钨粉末。该方法以钨矿 精矿砂为主要原料，在反应进料中加入一定的铁，以将计算的反应温度控制在 4372～4500°F的范围内。专利200810044355.5《一种粗晶WC粉末的生产方法》 中公开的方法也类似于铝热法，不过是以氧化钨为原料，而不是用钨精矿为原 料，在氧化钨中加入一定比例的C、Fe(Co，Ni)、铁的氧化物、Al-Ni合金粉， 然后进行高温熔融碳化，碳化后的合金块经破碎、球磨、除杂、筛分后得粗晶 粒WC粉。上述各种铝热法制备的粗晶粒碳化钨的粒度都很粗，但存在的主要缺 点是工序较长，所含杂质偏多，某些杂质无法完全除去而最终影响合金的综合 性能。

工业上制备粗晶粒碳化钨粉末用得较多的一种方法是用碱金属化合物掺杂 氧化钨高温还原高温碳化。US4402737描述了氧化钨用碱金属氯化物，特别是 LiCl的掺杂，还原后可得到粒度较粗的金属钨粉，但其研究目的是多晶粉末。 这种钨粉碳化后形成细WC晶体的聚集体。专利01815126.4《超粗粒单晶碳化 钨和其制备方法以及由此制备的硬质金属》公开的方法是将氧化钨与碱金属碳 酸盐(由碳酸钾、碳酸锂、碳酸钠中的至少两种混合、熔融、淬火并粉末化而 得)按适当比例混合，然后用氢气在高温下还原成金属钨粉。该种金属钨粉经 高温碳化后得到50μm以上的粗晶粒碳化钨粉末。用碱金属化合物掺杂氧化钨 高温还原高温碳化法制备粗晶粒碳化钨粉末存在以下缺点：1)粗晶粒钨粉缺陷 多，结晶不好，畸变晶粒多；2)碱金属滞留在碳化过程中反而会细化晶粒，易 造成杂质含量偏高；3)晶粒形貌不好、均匀性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备均匀粗晶粒钨粉的新方法，以及利用所述 粗晶粒钨粉制备均匀粗晶粒碳化钨粉末的方法。

本发明的均匀粗晶粒钨粉的制备方法，依次包括：以钨的氧化物粉末，或 钨的氧化物粉末和钨粉的混合物作为原料在还原炉内进行还原，将还原所得的 粗晶粒钨粉过筛处理去掉氧化皮，即得所述的均匀粗晶粒钨粉，在还原时，先 向还原炉内送入一定流量的水蒸气和氢气，控制送入还原炉内水蒸气和氢气的 分压比P_H2O/P_H2为0.1～1.64，然后推入装有粉末原料的料舟；还原所得的粗晶 粒钨粉粒度为10～100μm。

所述还原反应的温度为900～1350℃，还原反应时间为3～50小时。

所述的钨的氧化物为黄色氧化钨、蓝色氧化钨、紫色氧化钨、二氧化钨中 的任意一种，或者两种以上的组合。

以钨的氧化物粉末和钨粉的混合物为原料时，钨粉所占质量百分比为 0.5％-30％。