CN102180466B - 一种球形铸造碳化钨粉末的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球形铸造碳化钨粉末的制备方法，该方法采用传统铸造碳化钨粉末为原料，生产设备为立式多通道超高温感应加热连续球化炉，碳化钨物料在各载料通道内的运动方式为自由落体，下落过程中物料与载料通道为非接触方式；碳化钨物料在载料通道内于2900～3150℃高温下瞬间融化、快冷成球。本发明方法具有一次性成球、物料无需返回再处理、粉末实收率＞95％、高产率、低能耗等特点。本发明方法制备的球形铸造碳化钨粉末具有以下特征：高球形度、成球率＞95％、流动性＜7.0s/50g、松装密度＞9.5g/cm3、显微硬度HV0.05＞2750kgf/mm2、针状共晶组织＞90％。

Description

一种球形铸造碳化钨粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及一种球形铸造碳化钨粉末的制备方法，属于粉末冶金材料、硬面材料与表面工程领域。
背景技术
硬面技术对促进经济可持续发展、构建节约型社会具有重要意义。应用硬面技术在金属/合金表面形成硬质耐磨层可显著提高工件寿命、节约资源。因具有高硬度、高耐磨性、耐腐蚀等特点，铸造碳化钨是一种应用最广的硬面原材料。铸造碳化钨表面形貌、微观组织结构、粒度等对其应用效果具有决定性的影响。对传统铸造碳化钨粉末进行球化-快冷后续处理可显著改善含铸造碳化钨硬面层材料的韧性，实现硬面层材料高耐磨性与高韧性的最佳组合。目前国际上最具代表性的、能大规模制备球形铸造碳化钨粉末的公司是加拿大Tekna公司。该公司采用等离子高温技术制备球形铸造碳化钨粉末，因采用大流量的Ar气作为等离子载体与保护气氛，生产成本相对较高。
关于球形铸造碳化钨粉末的制备方法国内外均有报道。球形铸造碳化钨粉末的制备方法主要分为3类，即以Tekna公司为代表的等离子高温技术；以湖南省顶立新材料工程中心有限公司和自贡硬质合金有限责任公司为代表的熔液直接雾化成形技术(CN1486806，采用雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的装置，2004.04.07；CN1488463，雾化成形生产球状铸造碳化钨粉的方法，2004.04.14)；以株洲华扬科技有限公司和Woka Schweisstechnik GmbH为代表的高温电弧熔炼离心快冷技术(CN2714579，一种球状非晶材料制备设备，2005.08.03；美国专利5089182，Process of manufacturing cast tungstencarbide spheres，1992.02.18)。
上述球形铸造碳化钨的制备方法存在耗气量较大，成球过程中由于受气流强力冲击粉末球形度控制稳定性较差等问题。此外，上述技术还存在球化粉末粒度分布较宽、粒度分布可控性相对较差、制备工艺稳定性欠佳、产能较低、设备维护成本较高等问题。
发明内容
本发明的目的在于克明上述缺陷，提供一种在2900～3150℃高温下瞬间融化、快冷成球、一次性成球、高产率、低能耗、物料无需返回再处理的球形铸造碳化钨粉末的制备方法。
本发明的技术方案：一种球形铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于该方法包括配料和球化处理，其工艺步骤如下：
A、配料：采用原始态铸造碳化钨粉末为原料，该原始态铸造碳化钨粉末粒度等级包括-20+40目、-40+60目、-60+80目、-80+120目、-120+200目、-200+400目；
B、球化处理：采用立式多通道超高温感应加热连续球化炉制备球形铸造碳化钨粉末，该球化炉是采用发热体与多个载料通道合二为一的立式多通道结构，将需要球化的原料以自由落体方式下落并进入载料通道，在经过多通道发热体时被瞬间加热到融化或熔融状态后继续下落，经置于多通道发热体下方的夹层水冷套内的水冷旋转甩盘和夹层水冷套内壁快速冷却并形成球形状铸造碳化钨粉末；
该球化炉内的载料通道数为两个以上，优先采用3个或5个载料通道数；载料通道均热区长度为1.5～2.2m，优先采用1.6～2.0m；
每个载料通道管径50～90mm，优先采用60～80mm；每个载料通道进料量为15～22kg/h；
铸造碳化钨原料在该球化炉内的各载料通道内的运动方式为自由落体方式，在下落过程中物料与载料通道为非接触方式；
球化炉总加热功率为130～170kw，球化处理温度为2900～3150℃；
该球化炉内保护气体N2流量为40～70L/min；
水冷旋转甩盘转速为150～1500rpm之间，优先采用1000～1200rpm。
本制备方法中，碳化钨原料在各载料通道内的运动方式为自由落体方式；在下落过程中，碳化钨物料与载料通道为非接触方式；碳化钨物料在载料通道内瞬间融化、快冷成球；采用感应加热方法，实现2900～3150℃的超高温；采用多物料载料通道实现高产能；通过碳化钨物料流量的调控与物料自由落体自约束收缩球化方式，实现对粉末球形度的有效调控；通过传统(原始态)铸造碳化钨粉末粒度等级的选择、载料通道管径与球化处理温度的联合调控，实现对球形铸造碳化钨粒度等级的有效调控；通过传统铸造碳化钨粉末总碳含量的选择以及碳化钨物料自由落体、与载料通道以非接触方式，实现对球形铸造碳化钨粉末总碳与游离碳的有效调控；通过传统(原始态)铸造碳化钨粉末总碳含量的选择与冷却速度的调控，实现对球形铸造碳化钨微观组织结构特征与物理力学性能的有效调控；由于采用多载料通道与物料自由落体自约束收缩球化方式，无需载流气氛、仅需保护气氛，可显著节省保护性气体的用量、减少气体排放；选用廉价N2作为保护气体，可显著降低生产成本；通过加热功率的调控、载料通道均热区长度的调控、通道管径的调控以及通道数量的调控，适应不通粒级粉末的球化，同时实现高产、节能减排、降低生产成本的目标。本制备方法具有一次性成球、物料无需返回再处理、粉末实收率＞95％、高产率、低能耗等特点。
同时，本制备方法不限于球形铸造碳化钨粉末的制备，还可用于铜粉、不锈钢粉等金属粉末的制备。
本方法制备的球形铸造碳化钨粉末具有以下特征：高球形度、成球率＞95％、流动性＜7.0s/50g、松装密度＞9.5g/cm3、显微硬度HV0.05＞2750kgf/mm2、针状共晶组织＞90％，粒度等级包括-20+40目、-40+60目、-60+80目、-80+120目、-200+400目等。
附图说明
图1是粉末粒度为-80+120目原始态铸造碳化钨粉末的扫描电镜照片(100×)；
图2是-80+120目球形铸造碳化钨粉末的扫描电镜照片(100×)；
图3是-80+120目球形铸造碳化钨粉末的扫描电镜照片(500×)；
图4是-20+40目球形铸造碳化钨粉末抛光截面的金相组织照片；
图5是-150+200目球形铸造碳化钨粉末抛光截面共晶组织的扫描电镜照片(5000×)。
具体实施方式
一种球形铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于该方法包括配料和球化处理，其工艺步骤如下：
A、配料：采用原始态铸造碳化钨粉末为原料，该原始态铸造碳化钨粉末粒度等级包括-20+40目、-40+60目、-60+80目、-80+120目、-120+200目、-200+400目；
B、球化处理：采用立式多通道超高温感应加热连续球化炉(中国专利：201020127656.7)制备球形铸造碳化钨粉末，该球化炉是采用发热体与多个载料通道合二为一的立式多通道结构，将需要球化的原料以自由落体方式下落并进入载料通道，在经过多通道发热体时被瞬间加热到融化或熔融状态后继续下落，经置于多通道发热体下方的夹层水冷套内的水冷旋转甩盘和夹层水冷套内壁快速冷却并形成球形状铸造碳化钨粉末；
该球化炉内的载料通道数为两个以上，优先采用3个或5个载料通道数；载料通道均热区长度为1.5～2.2m，优先采用1.6～2.0m；
载料通道管径50～90mm，优先采用60～80mm；每个载料通道进料量为15～22kg/h；
铸造碳化钨原料在该球化炉内的各载料通道内的运动方式为自由落体方式，在下落过程中物料与载料通道为非接触方式；
球化炉总加热功率为130～170kw，球化处理温度为2900～3150℃；
该球化炉内保护气体N2流量为40～70L/min；
水冷旋转甩盘转速为150～1500rpm之间，优先采用1000～1200rpm。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
采用原始态铸造碳化钨粉末为原料，粉末粒度为-80+120目、松装密度为7.02g/cm3、流动性为10.74s/50g、总碳为3.94％、游离碳为0.076％。原始态铸造碳化钨粉末的扫描电镜照片见图1。球化处理工艺如下：球化炉总加热功率为160kw，物料载料通道为5个，载料通道均热区长1.8m，载料通道管径70mm，单根载料通道进料量为18kg/h，球化处理温度为3000±50℃，球化炉内N2流量为60L/min，冷却盘转速为1000rpm。球化处理后粉末的实收率为98.5％、粒度等级为-80+120目、球形铸造碳化钨粉末成球率接近98％、松装密度为10.04g/cm3、流动性为5.5s/50g、总碳为3.99％，游离碳为0.066％、显微硬度HV0.05为2980kgf/mm2、针状共晶组织＞90％。球化处理后得到的球形铸造碳化钨粉末的扫描电镜照片见图2与图3。
实施例2：
采用原始态铸造碳化钨粉末为原料，粉末粒度为-20+40目、松装密度为7.97g/cm3、流动性为9.54s/50g、总碳为3.96％、游离碳为0.077％。球化处理工艺如下：球化炉总加热功率为140kw，物料载料通道为3个，载料通道均热区长2.0m，载料通道管径60mm，单根载料通道进料量为20kg/h，球化处理温度为3100±50℃，球化炉内N2流量为40L/min，冷却盘转速为1200rpm。球化处理后粉末的实收率为99.0％、粒度等级为-20+40目、球形铸造碳化钨粉末成球率接近96％、松装密度为11.12g/cm3、流动性为4.8s/50g、总碳为3.98％，游离碳为0.068％、显微硬度HV0.05为2810kgf/mm2、针状共晶组织＞90％。球化处理后得到的球形铸造碳化钨粉末抛光截面的金相组织照片见图4。
实施例3：
采用原始态铸造碳化钨粉末为原料，粉末粒度为-150+200目、松装密度为6.89g/cm3、流动性为11.05s/50g、总碳为3.95％、游离碳为0.070％。球化处理工艺如下：球化炉总加热功率为155kw，物料载料通道为5个，载料通道均热区长1.6m，载料通道管径80mm，单根载料通道进料量为17kg/h，球化处理温度为2950±50℃，球化炉内N2流量为65L/min，冷却盘转速为1100rpm。球化处理后粉末的实收率为98.0％、粒度等级为-150+200目、球形铸造碳化钨粉末成球率接近96％、松装密度为9.80g/cm3、流动性为6.0s/50g、总碳为3.98％，游离碳为0.065％、显微硬度HV0.05为3008kgf/mm2、针状共晶组织＞90％。球化处理后得到的球形铸造碳化钨粉末抛光截面共晶组织的扫描电镜照片见图4。

Claims (4)

1.一种球形铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于该方法包括配料和球化处理，该球化处理是采用立式多通道超高温感应加热连续球化炉制备球形铸造碳化钨粉末，该球化炉是采用发热体与多个载料通道合二为一的立式多通道结构，铸造碳化钨原料在该球化炉内的各载料通道内的运动方式为自由落体方式，在下落过程中物料与载料通道为非接触方式；将需要球化的原料下落并进入载料通道，在经过多通道发热体时被瞬间加热到融化或熔融状态后继续下落，经置于多通道发热体下方的夹层水冷套内的水冷旋转甩盘和夹层水冷套内壁快速冷却并形成球形状铸造碳化钨粉末，其工艺步骤如下：
A、配料：采用原始态铸造碳化钨粉末为原料，该原始态铸造碳化钨粉末粒度等级包括-20+40目、-40+60目、-60+80目、-80+120目、-120+200目、-200+400目；
B、该球化处理的球化炉内的载料通道数采用3个或5个载料通道；载料通道均热区长度为1.5~2.2 m；
载料通道管径50~90 mm，每个载料通道进料量为15~22 kg/h；
球化炉总加热功率为130~170 kw，球化处理温度为2900~3150 ℃；
该球化炉内保护气体N2流量为40~70 L/min；
水冷旋转甩盘转速为150~1500 rpm之间。
2.根椐权利要求1所述的球形铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于所述的载料通道均热区长度为1.6~2.0 m。
3.根椐权利要求1所述的球形铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于所述的载料通道管径为60~80 mm。
4.根椐权利要求1所述的球形铸造碳化钨粉末的制备方法，其特征在于所述的水冷旋转甩盘转速为1000~1200 rpm。
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