[发明专利]一种低温、低成本制备纳米WC粉体的方法

说明书

本发明提出了一种低温、低成本制备纳米WC粉体的方法。其采用解团聚后的氧化钨粉体作为原料，再将其与一定量的炭黑进行机械混合，混合所得产物经造粒后经低温还原碳化，后经调碳和破碎制得100nm以下的WC粉体。本方法制备的WC粉体粒度细小，粒度分布窄，团聚少，且所用原料易得，设备简单，能耗成本较低，可实现工业上的大规模生产，具有突出的实际应用优势。

技术领域

本发明属于金属粉末制备技术领域，具体涉及一种低温、低成本制备纳米WC粉体的方法。

背景技术

超细晶硬质合金具有高强度、高硬度以及良好的韧性，有效解决了传统硬质合金其硬度、强度以及韧性难以兼顾的矛盾，广泛应用于制作集成电路板微型钻头、点阵打印机打印针头、精密工模具、难加工材料刀具、木工刀具、医用牙钻等。

而随着现代加工制造业向高端化和精细化的高速发展，超细晶硬质合金的晶粒度也越来越小，并朝着纳米晶方向发展。而要制备该类合金，则需要100nm以下的WC粉作为原料来制备。

目前科研领域和工业生产上都在对纳米WC粉进行研制和生产。科研上主要有机械球磨法、喷雾转换法、等离子体法、直接碳化法以及化学法，而由于大部分方法一般都存在成本较高或设备限制或产量较少等问题，难以实现大批量的规模生产。碳化钨粉末的制备温度一般都在1000℃以上，工业生产都需1200℃左右，目前传统工业制备是通过先将钨的氧化物氢气还原得到钨粉，再与炭黑混合进行配碳，最后经高温碳化得到WC粉。该方法由于在还原过程中会产生大量水气，而与钨的氧化物反应生成WO₂(OH)₂，WO₂(OH)₂则通过化学气相迁移，沉积在已形核的金属钨晶粒表面，致使其长大，从而经后续配碳和碳化后，难以制备出100纳米以下的WC粉体，且过细的W粉容易产生自燃，工艺控制复杂，成本高。

所以，探索一种制备纳米WC粉末的新方法具有重要的理论和实际意义。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种低温、低成本制备纳米WC粉体的方法。通过原料的预处理以及低温还原碳化获得粒度在100纳米以下的碳化钨粉，且该方法以碳作为还原剂，避免了传统工业生产还原过程中的化学气相迁移长大过程以及所得钨粉过细的自然问题。

本发明提出了一种低温、低成本制备纳米WC粉体的方法，包括以下步骤：

S1、将细颗粒钨的氧化物粉体进行解团聚处理，制得原料粉体；

S2、将步骤S1的原料粉体与炭黑进行机械混合，混合后造粒得到料粒；

S3、将步骤S2的料粒进行低温还原碳化，得到一次产物；

S4、将步骤S3的一次产物与炭黑进行混合后进行二次碳化，得到二次产物；

S5、将步骤S4的二次产物经破碎后，得到所述纳米WC粉体。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S1中，所述细颗粒氧化钨为黄钨(WO₃)、蓝钨(WO_2.9)、紫钨(WO_2.72)、二氧化钨(WO₂)中的一种，所述细颗粒氧化钨的费氏粒度(Fsss)≤5μm，具体地，粒度越小越有利。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S1中，所述解团聚处理为气流破碎、球磨、分级方法中的一种或多种；所述解团聚处理后得到的原料粉体的费氏粒度(Fsss)≤0.7μm。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S2中，所述原料粉体和炭黑的摩尔比为1:(2-4)。

作为本发明的具体实施方式，所述步骤S2中，所述造粒方法包括滚动造粒或挤出造粒，所述造粒过程中还包括添加成型剂；所述成型剂含有C、H、O三种元素，包括PEG、PAA中的一种；所述成型剂的添加量小于物料质量的10％。