[发明专利]一种通过溶液掺杂制备高均匀性粗晶碳化钨粉体的方法

说明书

本发明公开了通过溶液掺杂制备高均匀性粗晶碳化钨粉体的方法，包括以下步骤：1)含掺杂元素的仲钨酸铵的制备；2)氧化钨的制备；3)钨粉的制备；4)粗晶碳化钨的制备。本发明通过在离子交换或萃取净化后的仲钨酸铵溶液中添加Na、Li化合物进行掺杂混合处理，使Na、Li化合物在仲钨酸铵中分布均匀和充分，为提高后续粗晶钨粉、碳化钨粉体均匀性提供保障；本发明通过对中间产物氧化钨和钨粉进行筛分处理，从而制得高均匀性晶粒度大于30μm的粗晶碳化钨粉体。采用此碳化钨粉体可制得晶粒度大于5.0μm且均匀性良好的粗晶硬质合金。本发明处理方式简便，工艺成本低，经济性和可操作性强，能实现工业上的大批量生产，具有突出的实际应用优势。

技术领域

本发明属于粉末冶金与材料科学技术领域，具体涉及一种通过溶液掺杂制备高均匀性粗晶碳化钨粉体的方法。

背景技术

粗晶碳化钨粉体由于具有结晶性能好、结构缺陷少、亚晶尺寸粗大、显微硬度大、微观应变小等优点，是制备轧辊、工程齿等粗晶硬质合金(晶粒度大于5.0μm)的关键原材料。粗晶碳化钨粉体晶粒度大小和均匀性对粗晶硬质合金性能有显著影响。传统的粗晶碳化钨粉体制备工艺是将氧化钨通过高温、高装舟量、低氢气流量等方式进行还原得到钨粉，然后对钨粉进行配碳、高温碳化、破碎等处理得到粗晶WC粉体。然而，传统的制备工艺过程中，受还原、碳化设备最高温度限制，很难制备费氏粒度大于30μm的碳化钨粉，为了解决这一技术问题，目前主要采取三种方法：

(1)直接还原碳化法(例如专利CN105948053A一种粗晶碳化钨的制备方法和CN104418323A粗单晶碳化钨的制备方法)，该类方法中主要是将氧化钨和炭黑混合均匀，在碳化设备中一次性制备碳化钨粉体；但是该方法经济效益不佳，难以实现规模化产业化生产。(2)采用特制的还原、碳化设备，其还原温度达到1050℃以上，碳化温度达2200℃以上，从而制得粗颗粒WC粉；这种方法的缺点在于对还原和碳化设备要求很高；而且高温下碳化钨粉体易粘黏于石墨舟皿上，致使碳管炉或中频炉的石墨炉管/炉体损坏，使用寿命较短，成本高。(3)对氧化钨进行掺杂碱金属元素(例如专利CN108529628A一种粗晶碳化钨粉的制备方法)，促进钨粉长大，然后通过高温碳化方式得到粗颗粒WC粉体；这种方法的缺点在于氧化钨掺杂过程中，由于氧化钨为固体，而碱金属含量少，很难混合均匀，因此虽然提高了W粉粒度，但是W粉的均匀性较差，致使后续的碳化钨粉体均匀性差、细小颗粒较多，晶粒度难以有效提高，最终导致合金的晶粒均匀性差。上述三种制备方法的关注点皆在提高粗晶碳化钨粉体的晶粒度方面，对粉体的均匀性很难兼顾。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过溶液掺杂制备高均匀性粗晶碳化钨粉体的方法，该方法制备的粗晶碳化钨粉的费氏粒度大于30μm且晶粒均匀，可进一步通过该粗晶碳化钨制备晶粒度大于5.0μm的硬质合金。

本发明这种通过溶液掺杂制备高均匀性粗晶碳化钨粉体的方法，包括以下步骤：

1)含掺杂元素的仲钨酸铵的制备：将仲钨酸铵配置成水溶液，得到仲钨酸铵溶液，接着向仲钨酸铵溶液中加入钠盐或锂盐又或者两者的组合；溶解后，进行静置扩散，使掺杂离子扩散均匀；然后进行结晶，得到含掺杂元素的仲钨酸铵；

2)氧化钨的制备：将步骤1)中含掺杂元素的仲钨酸铵进行煅烧，煅烧完毕后，进行筛分处理，得到掺杂氧化钨；

3)钨粉的制备：将步骤2)中，掺杂氧化钨在氢气气氛下进行还原，在高温还原的条件下，掺杂的钠、锂元素被高温流通的氢气和水蒸气带走，得到钠、锂含量小于10ppm的粗晶钨粉体；进一步筛分后，得到均匀的粗晶钨粉；

4)粗晶碳化钨的制备：将步骤3)中的均匀的粗晶钨粉进行配碳、碳化、破碎、过筛处理，得到粗晶碳化钨。