CN102554249B - 一种碳化钨基热喷涂合金粉末制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳化钨基热喷涂合金粉末制备方法，该方法是采用脱脂后的碳化钨基混合料粉末为原料，经带水冷式进料管的立式金属粉末连续烧结炉快速烧结而成，原料从进料管加入，以自由落体形式通过炉体加热区，原料在下落过程中物料与加热区发热管之间为非接触方式；在加热区被快速加热并快速完成烧结或合金化过程后继续下落到炉体冷却区，在冷却区快速冷却到工艺温度后从下方出料口落到炉体外的料桶中，本制备方法通过连续不断地给料、加热、出料实现了连续生产工艺，本制备方法具有晶粒尺寸相对稳定、可优化颗粒形貌和性能、实收率高、工艺流程短、生产成本低、适合工业化规模生产等特点。

Description

一种碳化钨基热喷涂合金粉末制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳化钨(WC)基热喷涂合金粉末制备方法，特别是一种以WC-Co为代表的WC基热喷涂合金粉末的制备方法，属于粉末冶金材料、硬面材料及表面工程领域。 
技术背景
硬面材料在表面工程中的应用是通过热喷涂等热工艺技术将其涂覆在金属或工件表面，从而提高表面耐磨损、抗冲击、耐高温、耐腐蚀等性能，显著延长工件使用寿命；也可对废旧工件进行修复、补强，使其恢复或超过原有使用性能，从而节约大量的金属材料和生产成本。因此硬面材料的广泛应用对促进经济可持续发展，构建节约型社会具有重要的现实意义和深远的战略意义。WC基热喷涂粉是一种用量最大、用途最广的硬面材料，也是支撑我国现代工业和现代国防的战略性基础材料之一。 
碳化钨(WC)基热喷涂粉主要指在WC基材中加入Co、Cr、Ni、Mo等金属所形成的WC基复合粉或WC基合金粉。WC基复合粉是一种将WC粉与其它金属粉、成形剂经混合湿磨制粒后脱脂处理得到的混合料粉末(以下简称混合料粉末)，即由WC粉与其它金属粉通过机械结合形成的颗粒的集合；WC基合金粉是将WC基混合料粉末经高温烧结后得到的粉末，合金粉将颗粒内部的结合力由机械结合转为冶金结合。 
高温烧结是生产合金粉的关键技术之一，也是目前严重制约我国高品质合金粉规模化生产的瓶颈技术。传统的合金粉制备工艺是：将混合料粉末放在容器中进行长达几小时的高温加热，冷却后再经破碎处理获得。这种传统工艺由 于加热时间太长，导致粉末晶粒大幅长大，而晶粒长大将直接影响喷涂层的耐磨性能；另一方面，由于粉末堆积在一起集中加热导致粉末结块，必须进行破碎处理，而破碎又导致粉末粒度分布不均匀、颗粒形貌发生改变，同时产生大量的筛上物和筛下物导致产品实收率低下。 
发明内容
本发明的目的在于克服上述工艺缺陷，提供一种晶粒尺寸相对稳定、可优化颗粒形貌和性能、实收率和松装密度均高、工艺流程短、生产成本低、适合工业化规模生产的碳化钨基热喷涂合金粉末制备方法。 
本发明的技术方案：一种碳化钨基热喷涂合金粉末制备方法，其特征在于所述的该碳化钨基热喷涂合金粉末是采用脱脂后的碳化钨基混合料粉末为原料，经连续烧结炉烧结而成， 
A、所述的原料：采用脱脂后的碳化钨基混合料粉末为原料，其碳化钨基混合料粉末的脱脂温度为250-600℃，混合料粉末粒度等级包括250-150μm，150-75μm，75-38μm，38-13μm；≤13μm； 
B、所述的烧结：采用立式金属粉末连续烧结炉制备碳化钨基合金粉末，该连续烧结炉上方设有水冷式进料管，碳化钨基混合料粉末原料从该水冷式进料管连续加入，以自由落体形式通过炉体加热区，在加热区被快速加热并快速完成烧结或合金化过程后继续下落到炉体冷却区，在冷却区快速冷却到工艺温度后从下方出料口连续落到炉体外的料桶中，实现将碳化钨基混合料粉末连续烧结成碳化钨基合金粉末工艺； 
所述的立式金属粉末连续烧结炉使其碳化钨基混合料粉末原料在该烧结炉加热区内的运动方式为自由落体方式，在下落过程中粉末与加热区发热管之间 为非接触方式； 
该连续烧结炉加热区长度为0.5～2.0m，优先采用1.0～1.5m；加热区直径为100～400mm，优先采用180～250mm；烧结温度为1000～2100℃，混合料粉末通过加热区的加热时间为0.5-5s，碳化钨基混合料粉末原料进料量为20～60kg/h，保护气体采用氮气或氩气； 
所述的保护气体分两路进入炉体，一路从加热区上方进入，经加热区、冷却区从出料口出来，其流量为5～30L/min；另一路从加热区下方进入，经冷却区从出料口出来，流量为20～70L/min。 
在本制备方法中，碳化钨基混合料粉末原料在加热区中与发热管之间以非接触方式自由落体，由于混合料粉末通过加热区的加热时间短(一般不超3秒钟)，晶粒长大程度远小于将混合料粉末至于容器中烧结方式；各颗粒松散布置在加热区中，加上粒度小，所以受热很快且均匀，可短时间可完成烧结，短时间实现合金化和致密化，也可短时间完成冷却，从出料口出来的合金粉的颗粒度与原料粉基本相当，无需进行二次破碎，提高了产品实收率和松装密度；本制备工艺直接将脱脂后预烧结前的混合料粉末进行高温烧结，省掉了预烧结工序，加上产品无需二次破碎，又省掉了破碎工序，缩短了生产工艺链；连续生产方式还有利于提高效率和品质稳定性。 
本制备工艺可通过调节温度、加热区直径大小和高度、气体流量等参数以适用不同粒径、不同成分、不同性能指标的WC基合金粉制备；本工艺既可以制备WC基合金粉，也可以制备其它合金粉，如铁基合金粉等。 
由此可知，本制备工艺可具有晶粒尺寸相对稳定、可优化颗粒形貌和性能、实收率高、工艺流程短、生产成本低、适合工业化规模生产等优点。 
附图说明：
图1是粒度为75-38μm的WC-12Co混合料粉末扫描电镜照片(200X)； 
图2是粒度为75-38μm的WC-12Co混合料粉末扫描电镜照片(2500X)； 
图3是粒度为75-38μm的WC-12Co合金粉末扫描电镜照片(200X)； 
图4是粒度为75-38μm的WC-12Co合金粉末扫描电镜照片(2500X)； 
图5是粒度为38-13μm的WC-12Co合金粉末扫描电镜照片(200X)； 
图6是粒度为38-13μm的WC-12Co合金粉末扫描电镜照片(5000X)； 
具体实施方式
一种碳化钨基热喷涂合金粉末制备方法，其特征在于所述的该碳化钨基热喷涂合金粉末是采用脱脂后的碳化钨基混合料粉末为原料，经连续烧结炉烧结而成， 
A、所述的原料：采用脱脂后的碳化钨基混合料粉末为原料，其碳化钨基混合料粉末的脱脂温度为250-600℃，混合料粉末粒度等级包括250-150μm，150-75μm，75-38μm，38-13μm；≤13μm； 
B、所述的烧结：采用立式金属粉末连续烧结炉制备碳化钨基合金粉末，该连续烧结炉上方设有水冷式进料管，碳化钨基混合料粉末原料从该水冷式进料管连续加入，以自由落体形式通过炉体加热区，在加热区被快速加热并快速完成烧结或合金化过程后继续下落到炉体冷却区，在冷却区快速冷却到工艺温度后从下方出料口连续落到炉体外的料桶中，实现将碳化钨基混合料粉末连续烧结成碳化钨基合金粉末工艺；
所述的立式金属粉末连续烧结炉使其碳化钨基混合料粉末原料在该烧结炉加热区内的运动方式为自由落体方式，在下落过程中粉末与加热区发热管之间 为非接触方式； 
该连续烧结炉加热区长度为0.5～2.0m，优先采用1.0～1.5m；加热区直径为100～400mm，优先采用Φ180～Φ250mm；烧结温度为1000～2100℃，混合料粉末通过加热区的加热时间为0.5-5s，碳化钨基混合料粉末原料进料量为20～60kg/h，保护气体采用氮气或氩气； 
所述的保护气体分两路进入炉体，一路从加热区上方进入，经加热区、冷却区从出料口出来，其保护气体流量为10～30L/min；另一路从加热区下方进入，经冷却区从出料口出来，保护气体流量为20～70L/min。 
在本制备方法中，碳化钨基混合料粉末原料在加热区中与发热管之间以非接触方式自由落体，由于混合料粉末通过加热区的加热时间短(一般不超过3秒钟)，晶粒长大程度远小于将混合料粉末至于容器中烧结方式；各颗粒松散布置在加热区中，加上粒度小，所以受热很快且均匀，可短时间可完成烧结，短时间实现合金化和致密化，也可短时间完成冷却，从出料口出来的合金粉的颗粒度与原料粉基本相当，无需进行二次破碎，提高了产品实收率和松装密度；本制备工艺直接将脱脂后预烧结前的混合料粉末进行高温烧结，省掉了预烧结工序，加上产品无需二次破碎，又省掉了破碎工序，缩短了生产工艺链；连续生产方式还有利于提高效率和品质稳定性。 
图1、图2照片显示，未烧结前的混合料粉末颗粒内部原始粉末由机械力结合成类球形，由于粘接剂的脱除(即脱脂)，颗粒表面呈现疏松粗糙，有一定程度的破裂破碎现象，致密度低，强度小； 
图3、图4、图5、图6照片显示，烧结后的合金粉末颗粒产生了一定程度的液相烧结，表面密实光滑，形貌更趋向于球形，基本没有破裂破碎现象，那 些破碎的混合料细小颗粒都变成了球形，实现了颗粒内部由机械结合转为冶金结合，形成具有一定强度性能的烧结合金粉末。 
本制备工艺可通过调节温度、加热区直径大小和高度、气体流量等参数以适用不同粒径、不同成分、不同性能指标的WC基合金粉制备；本工艺既可以制备WC基合金粉，也可以制备其它合金粉，如铁基合金粉等。 
本制备工艺可具有晶粒尺寸相对稳定、可优化颗粒形貌和性能、实收率和松装密度均高、工艺流程短、生产成本低、适合工业化规模生产等优点。 

Claims (2)

1.一种碳化钨基热喷涂合金粉末制备方法，其特征在于所述的该碳化钨基热喷涂合金粉末是采用脱脂后的碳化钨基混合料粉末为原料，经连续烧结炉烧结而成：
A、所述的原料：采用脱脂后的碳化钨基混合料粉末为原料，其碳化钨基混合料粉末的脱脂温度为250-600℃，混合料粉末粒度等级包括250-150 μm；150-75 μm；75-38 μm；38-13 μm；≤13 μm；
B、烧结：采用立式金属粉末连续烧结炉制备碳化钨基合金粉末，该连续烧结炉上方设有水冷式进料管，碳化钨基混合料粉末原料从该水冷式进料管连续加入，以自由落体形式通过炉体加热区，在加热区被快速加热并快速完成烧结或合金化过程后继续下落到炉体冷却区，在冷却区快速冷却到工艺温度后从下方出料口连续落到炉体外的料桶中，实现将碳化钨基混合料粉末连续烧结成碳化钨基合金粉末工艺；
连续烧结炉加热区长度为0.5～2.0m，连续烧结炉加热区直径为100～400mm，碳化钨基混合料粉末原料进料量为20～60kg/h；
碳化钨基混合料粉末原料在该烧结炉加热区内的运动方式为自由落体方式，在下落过程中粉末与加热区发热管之间为非接触方式；
烧结温度为1000～2100℃；混合料粉末通过加热区的加热时间为0.5-5s；保护气体采用氮气或氩气；
保护气体分两路进入炉体，一路从加热区上方进入，经加热区、冷却区从出料口出来，流量为5～30L/min；另一路从加热区下方进入，经冷却区从出料口出来，流量为20～70L/min。
2.如权利要求1所述的一种碳化钨基热喷涂合金粉末制备方法，其 特征在于所述的连续烧结炉加热区长度为1.0～1.5m；连续烧结炉加热区直径为180～250mm。 
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