[发明专利]用于制备超细晶硬质合金的金属碳化物微细粉末及其制备工艺

说明书

技术领域：

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及金属碳化物微细粉末及其制备工艺。

背景技术：

众所周知，超细晶硬质合金的制备与产业化，是目前世界硬质合金行业发展的前沿课题，特别是工业发达国家致力于研究和发展的重要课题。超细或纳米晶硬质合金，是用超细的W、C等粉末作原料，添加适当粘结剂，晶粒长大抑制剂(碳化铬、碳化钒、钨-钛-钽-铌碳化物固溶体等金属碳化物)，生产出具有高硬度、高耐磨性和高韧性的硬质合金材料。其性能比常规硬质合金有大幅提高。在难加工金属材料刀具、电子行业的微钻、精密模具、医学、航空、航天、军工等领域的用途越来越广泛。要制备超细或纳米晶硬质合金，需要首先获得好的金属碳化物微细粉末。

如图2、3所示，传统的金属碳化物微细粉末制备工艺包括如下步骤：将原料与碳黑按比例混料后装入装舟，进入碳管炉在1800-2000℃下碳化45-60分钟，然后出舟，进行破碎后分析其状况，通常需要进行调整，即调整化合碳与游离碳的比例后进行第二次碳化。经过两次碳化后完成制备工艺。

在金属的碳化时，碳与金属氧化物反应，首先碳与金属氧化物接触的界面发生反应生成一氧化碳及相应的碳化物，碳化物开始成核并逐渐长大，接着碳与氧化物通过扩散作用穿过碳化物继续反应，由于碳化物的阻碍扩散速度将会越来越慢，所以反应速度也会越来越慢，甚至到反应后期，由于反应物无法扩散，反应也将无法进行下去，所以就会导致转化低，产物不纯，要使反应能够顺利进行，必须要在较高的温度下制备碳化物，因此进步提高温度更将加大生产能耗，并且随着温度的升高和时间延长，碳化物晶粒就会出现长大现象。在反应初期成核后，碳化物晶粒便会逐渐长大，温度越高，晶粒长大速度越快，最终导致产物中的碳化物晶粒粗大。而传统的金属碳化物生产制备过程中并没有催化剂的加入，使得碳化反应不充分，造成原料的浪费，且对温度要求条件高，产品粒度得不到保障，它还需进行长时间的湿式球磨，以降低粒度，不仅成本高，效率低，而且增加了铁、氧等杂质，这样严重地影响产品的生产质量与效果。

本发明提供的金属碳化物微细粉末，为进一步制备超硬合金提供了优质的原料，并且，其本身的制备过程操作简单，能耗低，产品质量高。

发明内容：

本发明的目的是根据上述不足之处而提供一种金属碳化物微细粉末及其制备工艺。

本发明提供的一种金属碳化物微细粉末，由如下组成的原料制备的：微细粉末原料：15-45％、碳黑54-84％、醛类物质0.5-1.5％；所说的微细粉末原料是WC、TaC、NbC、TiO₂。

根据本发明的实施例，碳化温度为1500℃--1600℃。

本发明中，在制备过程中加入醛类物质作为碳化促进剂，能够大大提高反应速度及转化率，可在较低的温度下制备碳化物，并且生成的碳化物的颗粒较细。碳化促进剂能加快反应速率是由于碳化促进剂优先参与反应，改变了反应途径，降低了反应的活化能，其反应生成物(碳化物)处于一种疏松多孔的状态，有利于扩散过程的进一步进行，从而提高了反应速度及转化率，与传统的一般方法相比，碳化反应温度平均降低了300℃，缩短了反应时间，减少了生产能耗，使碳化反应充分完全，产品粒度细，保证产品的优质，并将原料损耗缩减到最低，真正达到物尽其用。

本发明的另一个优势是，通过调整原料中各成分的配比关系，使得利用碳管中碳化合成反应所产生的一氧化碳气体代替氢气对反应进行气氛保护，减少了杂质混入。

本发明的再一个优点是，通过调整碳黑量，使金属的碳化反应和碳化物的固溶反应合并为一次完成，得到高品质的产品。

附图说明：

图1为本发明固溶体生产工艺流程图；

图2为传统固溶体工艺流程图。

具体实施方式：

实施例1

按下列重量混合原料：钨含量：55.3公斤  二氧化钛：32.1公斤  氧化钽：11.4公斤  氧化铌：8.9公斤  炭黑：22.7公斤  碳化促进剂(醛类物质)：0.5公斤

在1500-1600℃条件下碳化处理，并按照图1所示的流程制备，得到微细粉末，其技术指标见下表1。

表1

  牌号  (W-Ti-Ta-Nb)C  碳化物  ≥99.00％  氧  ≤0.5％  平均粒度  ≤1.5μm