[发明专利]基于质量定向调控含Ti的WC粉末及其制备方法和应用

说明书

本发明基于质量定向调控含Ti的WC粉末及其制备方法和应用，所述含Ti的WC粉末中，Ti以TiC纳米弥散相形式依附生长在WC颗粒表面，在WC粉中呈均匀分布状态；优化的Ti的质量分数为0.2～0.4％，粉末的平均粒度≤4μm。其优化的制备方法是，采用草酸钛氧铵或钛酸四丁脂溶液作为液体Ti源，通过超声波辅助液体Ti源对固体W源的浸渍混合→动态闪蒸干燥→W、Ti共碳化及其配套工艺，实现Ti以TiC纳米弥散相形式在WC粉中呈均匀分布状态和Ti含量的调控；通过固体W源原料类型及其配套工艺，调控含Ti的WC粉末的粒度与形貌。本发明有效解决了纯板状晶结构WC–Co硬质合金所需WC原料的质量可控性问题。

技术领域

本发明涉及含Ti的WC粉末及其制备方法和应用，属于粉末冶金材料技术领域。

背景技术

发明专利“一种高性能WC–Co再生硬质合金及其制备方法”(申请号201610560294.2)，公开了一种高性能纯板状晶结构WC–Co再生硬质合金的制备方法。其制备方法是，WC原料由Ti含量≤0.9％、质量分数为90～95％的电溶法再生WC粉末和质量分数为5～10％的原生态超细WC粉末组成；采用基于WC晶格畸变度调控的湿式球磨和原位控Ti压力烧结或诱导控Ti压力烧结工艺制备。该发明基于原料本征属性挖掘的精细化工艺定制，首次实现了再生WC粉末的高效和高值化利用，首次实现了再生硬质合金的高性能化和纯板状晶硬质合金的低成本化生产，解决了长期困扰硬质合金产业界的电溶法再生WC粉末高效综合利用和再生硬质合金质量控制的难题。

采用该发明方法制备的纯板状晶结构WC–Co再生硬质合金的抗弯强度达到了用纯原生态WC粉末制备的相同Co含量的中等晶粒度或中粗晶粒度WC–Co硬质合金的水平，硬度超过了用纯原生态WC粉末制备的相同Co含量的中等晶粒度或中粗晶粒度WC–Co的水平，断裂韧性K_IC超过了同等硬度非板状晶WC–Co硬质合金的水平。尽管如此，由于我国再生钨资源市场自律性存在问题，再生WC原料的质量稳定性与质量可控性成为了我国再生硬质合金质量稳定性控制的瓶颈问题。

仲钨酸铵(APT)煅烧可制备黄钨(黄色氧化钨，即WO₃)、蓝钨(蓝色氧化钨，存在多种相成份)和紫钨(紫色氧化钨，即WO_2.72)等三种典型的氧化钨。紫钨工艺，即以紫钨为原料经还原和碳化制备超细、纳米W和WC粉末的工艺是我国目前超细、纳米W和WC粉末的主流制备工艺，获得单一物相的紫钨是紫钨工艺质量控制的核心技术。

目前广泛应用的WC粉末的制备工艺路线是，仲钨酸铵煅烧→氧化钨还原→W粉碳化。采用此工艺可以制备《GB/T 26725—2011超细碳化钨粉》和《GB/T 4295—2008碳化钨粉》国家标准所涉及的从50nm到35μm各种粒度等级的WC粉末，以满足不同牌号硬质合金生产的需求。影响WC粉末粒度的关键因素是W粉的粒度，而影响W粉粒度的因素主要包括氧化钨的类型、还原温度、装舟量、氢气流量、氢气露点等。氧化钨粉末的粒度与形貌对原料仲钨酸铵具有继承性；控制还原工艺参数，完全可以破坏W粉的粒度与形貌对原料氧化钨的继承性，即采用粗大的氧化钨原料可以获得超细、纳米W粉。根据WC粒度等级的需求，碳化温度通常在1100～2400℃之间。

制备TiC所需的碳化温度较WC高，通常在1700～2100℃之间；采用纳米氧化钛为原料制备TiC所需的碳化温度通常≥1500℃。

采用在湿磨过程中掺入TiC制备含少量TiC的WC–Co硬质合金，因烧结过程中TiC难以通过溶解析出反应实现二次均匀化，容易导致合金内部出现脆性TiWC₂相和微观组织结构的不均匀；在受力条件下上述缺陷会导致硬质合金中出现应力集中，从而导致合金异常破损，严重影响产品质量。显然，存在于硬质合金中的少量Ti非常容易产生很强的负面作用，如果没有科学的手段对其进行诱导、自洽调控，难以达到预期效果。