[发明专利]一种粗晶碳化钨的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料冶金领域，具体涉及一种粗晶碳化钨的制备方法。

背景技术

较粗的碳化钨(WC)晶粒能提高硬质合金的冲击韧性，因而粗晶和超粗晶碳化钨硬质合金广泛应用于石油钻齿、冲压模具、矿山工具等领域。粗晶硬质合金的晶粒度尺寸取决于WC粉末的晶粒度大小。目前制取粗晶粒WC粉末的方法主要有：高温还原、高温碳化法、添加碱土金属或碱金属元素高温碳化法、超细钨粉高温碳化法、粗细钨粉混合碳化法、铝热法等。

目前生产碳化钨的工艺，是将碳粉与钨粉混合后再高温碳化，该不适宜于生产粗晶碳化钨粉末。因为钨与碳化钨密度的差异，碳化过程伴随着着晶粒炸裂，得到的粗晶碳化钨粉末是多个单晶碳化钨聚集体，几十微米的粗晶碳化钨粉末制备硬质合金晶粒度只有几微米；其次，碳在钨晶粒中扩散由表层依次的为WC、W₂C、W，较粗的钨粉使得晶粒中心存在碳化不完全的现象，W₂C、WC_(1+x)将严重影响硬质合金质量。

为解决固固反应体积膨胀，碳在固相中的扩散慢，以致颗粒出现爆裂的问题，选用液相生长的方法生产碳化钨是一个合适的途径。铝热法是一种生产粗晶碳化的特殊方法。专利文献CN87107470A“粗晶-碳化钨粉末及其生产方法”报道了一种以钨精矿为原料，添加氧化铁、铝粉、碳化钙，利用铝热反应产生的大量热量，使温度达到2400℃左右，冷却后将渣分离，再用硫酸、盐酸去除杂质，得到晶粒度为20～40μm的粗晶碳化钨。专利文献CN200810044355“一种粗晶WC粉末的生产方法”采用WO₂或WO_2.9及C粉为原料与铁及铁的氧化物、Al-Ni合金粉混合后，装舟熔融后，粉碎除杂得到粗晶碳化钨，其反应温度也需在2040～2400℃内，操作要求也很高。

发明内容

为克服现有技术不足，本发明提供一种粗晶碳化钨的制备方法。

本发明技术方案如下：

一种粗晶碳化钨的制备方法，包括以下步骤：将碳化钨粉与钴粉和石墨粉混合；高温处理；破碎后酸浸去除钴；浮选去除游离碳；烘干后即得粗晶碳化钨。

优选地，所述碳化钨粉符合GB/T4295-2008要求；具体包括GB/T4295-2008中FWC类16个牌号碳化钨粉末，平均粒度在35.00μm以下。

优选地，所述碳化钨粉、钴粉、石墨粉的质量比为(60～80)：(15～40)：(5～10)；进一步优选为(65～75)：(25～20)：(10～5)。

优选地，将碳化钨粉与钴粉和石墨粉混合后(高温处理前)，进行球磨处理；

球料比为5～15:1，球磨时间为1～3小时。

优选地，所述高温处理温度为1450～1550℃。

优选地，所述高温处理在真空条件下进行，真空度≤50Pa。

或所述高温处理在惰性气体保护下进行，惰性气体可选氮气或氩气，其中氧含量小于0.005％。

高温处理处理后的物料为多孔块状固体，易于破碎。优选地，所述高温处理后破碎的粒度≤1mm。

优选地，所述酸为盐酸或稀硫酸。

优选地采用1:1的盐酸除去多余的钴；烘干后得到石墨与粗晶碳化钨的混合物。

本发明所述1:1的盐酸是指浓盐酸(36.0％～38.0％)与等体积的水的混合物。

优选地，所述酸浸去除钴的步骤包括：将高温处理后破碎的物料用1:1的盐酸浸出，一般1kg粉碎物料消耗0.8L该盐酸；烘干后磨细，过筛，粒度小于74μm；用1:1的盐酸第二次浸出，一般1kg过筛料消耗0.5L该盐酸。

优选地，所述浮选去除游离碳的步骤包括：采用煤油作捕收剂、二号油作起泡剂，去除游离碳。利用碳化钨与石墨密度差异大的特点，用煤油浮选，去除游离的碳，烘干后获得碳化钨。

上述制备方法具体包括以下步骤：

(1)将碳化钨粉与钴粉和石墨粉按比例混合后球磨，球料比为5～15:1，球磨时间为1～3小时；

(2)将步骤(1)所得混合物料放于刚玉皿中，在真空度≤50Pa条件下或惰性气体保护下1450～1550℃高温处理，氧分压低于50Pa；

(3)将高温处理后的物料粉碎至粒度≤1mm；

(4)用1:1的盐酸浸出，1kg粉碎物料消耗0.8L该盐酸；

(5)烘干后磨细，过筛，粒度小于74μm；

(6)用1:1的盐酸第二次浸出，1kg过筛料消耗0.5L该盐酸；

(7)采用煤油作捕收剂、二号油作起泡剂，去除游离碳；