CN102660707A

CN102660707A - WC-Al4W预合金粉的生产方法

Info

Publication number: CN102660707A
Application number: CN2012101875980A
Authority: CN
Inventors: 陆必志; 龙坚战; 魏修宇
Original assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Current assignee: Zhuzhou Cemented Carbide Group Co Ltd
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: CN102660707B

Abstract

本发明提供了一种WC—Al₄W预合金粉的生产方法，将按质量百分比计75.33%～92.33%的钨粉、1.85%～22.24%的铝粉和2.43%～5.82%的炭黑球磨混合后同时进行WC和Al₄W的合成，合成产物球磨、过筛，得到WC—Al₄W预合金粉。本发明工艺简单，能耗低，适合工业生产，得到按质量百分比计WC为40%～95%、Al₄W为5%～60%的WC-Al₄W预合金粉，预合金粉中WC相和Al₄W相分散均匀，无异常粗大团粒，粉末杂质含量低。

Description

WC-Al4W预合金粉的生产方法

技术领域

本发明涉及一种WC-Al₄W预合金粉的生产方法。

背景技术

WC基硬质合金因具有高硬度、高耐磨性和良好的高温强度等特点，在金属切削、模具、采掘和耐磨零部件等领域得到越来越广泛的应用。但是WC基硬质合金的高温抗氧化性较差，在高温条件下的使用寿命较短。如果在合金中添加同样具有高硬度的Al₄W相，则可以显著提高合金的抗氧化性，同时，由于Al₄W相对WC基硬质合金的增韧作用，使得WC基硬质合金的延展性显著提高，且质轻。中国专利“一种碳化钨铝硬质合金烧结体的生产方法”（公开号CN101748305A，公开日2010年6月23日），公开了一种碳化钨铝硬质合金的生产方法，该方法是采用机械合金化法先生产钨铝合金，再添加碳粉和钴粉，通过球磨、成型和烧结等工序，生产钨铝硬质合金。该方法采用机械合金化法生产钨铝合金，因而能耗高，不利于产业化；且生成的钨铝合金成分复杂，生产硬质合金时质量难以控制，性能不能保证。

提高WC基硬质合金抗氧化性的另一种有效方法是，采用Ni₃Al金属间化合物取代传统的钴作为WC基硬质合金的粘结相。Ni₃Al金属间化合物在抗氧化、防渗碳和耐磨方面具有优越性。尤为突出的是，在800℃以下，Ni₃Al强度随温度升高的幅度不是连续下降，而是先随温度的升高而升高，到达一定的值后再下降，即屈服强度在峰值温度以下具有正温度效应。由于Ni₃Al金属间化合物具有较高的高温强度、蠕变抗力和高的比强度，且Ni₃Al对WC、TiC的润湿性与钴相当，因此，以Ni₃Al金属间化合物作为硬质合金粘结相，经增韧增强后，其性能能够达到WC-Co硬质合金的性能。生产Ni₃Al粘结相硬质合金的一般方法是，先生产Ni₃Al粉体，再添加硬质相，经球磨、成型和烧结等工序生产成合金，其中，生产成份单一、分散性好、粒度小的Ni₃Al粉体是生产高质量Ni₃Al粘结相硬质合金的关键。Ni₃Al粉体的传统生产方法是，将铝粉和镍粉混合后，在非氧化性气氛中烧结，液相铝向固相镍扩散，进行固相反应，烧结后球磨得到Ni₃Al粉体。由于此方法获得的Ni₃Al粉体成分不是单一的Ni₃Al相，还存在NiAl、Ni等其他相，粉末的氧含量也偏高，且烧结后料块难以球磨，导致粉末粒度粗，分散性差。

发明内容

本发明提供了一种WC-Al₄W预合金粉的生产方法，为生产WC- Al₄W基硬质合金提供了相成份简单、分散性好、质量稳定的粉体原料，并为生产Ni₃Al金属间化合物粘结相硬质合金提供优质的反应前驱体；采用该预合金粉生产的WC- Al₄W基硬质合金具有高硬度、高耐磨性和良好的高温强度，且高温抗氧化性好，延展性好，质轻，采用该预合金粉生产的Ni₃Al易球磨，且得到的Ni₃Al粉体成分单一，氧含量低，粒度小，分散性好。

本发明提供的WC-Al₄W预合金粉的生产方法，依次包括以下步骤：

（1）将按质量百分比计75.33%～92.33%的钨粉、1.85%～22.24%的铝粉和2.43%～5.82%的炭黑球磨混合4h ~ 6h，得球磨混合原料；

（2）将步骤（1）所述的球磨混合原料采用碳化炉，在真空或压力不高于30KPa的非氧化性气氛下进行合成反应，合成温度1000℃ ~ 2200℃，保温时间1h ~ 10h，再在真空或压力不高于30KPa的非氧化性气氛下自然冷却，得合成产物；

（3）将步骤（2）所述的合成产物球磨4h ~ 8h，过筛，得WC- Al₄W预合金粉。

作为本发明的进一步改进，步骤（1）中铝粉为雾化铝粉，炭黑为冶金级炭黑，钨粉平均粒度为0.5μm～60μm，铝粉平均粒度小于100μm。

本发明以钨粉、铝粉和炭黑为原料，在生产碳化钨的配炭工序中加入铝粉，一步实现WC和Al₄W的合成，生产WC- Al₄W预合金粉。反应方程式如下：

W + C →WC

4Al + W →Al₄W

由于铝的熔点较低（660℃），合成过程中铝由于蒸发，会有质量损失，故根据合成温度、时间和反应原料中铝含量，铝粉过量适量，以保证反应转化完全。因此各反应原料投料百分比根据所需产物的各组分含量，按反应化学计量比，并使铝粉过量适量计算得到。本发明无需特殊设备，生产工序短，易于操作和质量控制，合成产物易于球磨，适合批量生产。产品质量稳定，相成份及含量可控，分散性好，氧及其它杂质含量低。采用本发明工艺生产的WC- Al₄W预合金粉由40%～95%（质量百分比，以下同）的WC相和5%～60%的Al₄W相组成，WC相的平均粒度1μm～96μm，Al₄W相的平均粒度0.6μm～5μm。由于Al₄W具有良好的高温抗氧化性、延展性，且质轻，用WC-Al₄W预合金粉代替WC生产的硬质合金，既具有WC的高硬度、高耐磨性和良好的高温强度，同时又有良好的高温抗氧化性、延展性，且质轻；用WC-Al₄W预合金粉代替铝粉合成Ni₃Al，可以大大提高反应前铝的分散性，从而提高前驱体中铝与镍的接触面积，反应时铝的扩散行程缩短，避免了反应不完全或由于铝扩散行程过长而生成其它的镍铝化合物，因此最终反应产物只有WC和Ni₃Al相；同时由于WC相的存在，使反应产物易于球磨，得到的Ni₃Al相粉体粒度更细，分散性更好。

附图说明

图1是本发明实施例2制备的WC-Al₄W预合金粉的电子显微镜照片。

图2是本发明实施例2制备的WC-Al₄W预合金粉的粒度分布图。

具体实施方式

实施例1 将平均粒度为0.5μm、75.34%（质量百分比，以下同）的钨粉、平均粒度为20μm、22.23%的铝粉和2.43%的炭黑球磨混合6h。将混合好的物料采用碳化炉在真空环境下进行WC及Al₄W合成反应，反应温度1200℃，反应时间4h。合成产物在真空环境下冷却后，球磨4h，过筛，得40.0%WC和60.0%Al₄W的WC-Al₄W预合金粉，产品数据见表1。

实施例2 与实施例1不同的是，反应原料为平均粒度为4.0μm、87.68%的钨粉、平均粒度为30μm、7.42%的雾化铝粉和4.90%的炭黑，球磨混合5h。反应及冷却气氛为5KPa还原气氛，反应温度1600℃，反应时间5h。合成产物球磨时间6h，得到80.0%WC和20.0%Al₄W的预合金粉，产品数据见表1。

实施例3 与实施例1不同的是，反应原料为平均粒度为2.0μm、89.24%的钨粉、平均粒度为100μm、5.56%的铝粉和5.20%的冶金级炭黑，球磨混合6h。反应及冷却气氛为15KPa还原气氛，反应温度2200℃，反应时间1h。合成产物球磨时间8h，得到85.0%WC和15.0%Al₄W的预合金粉，产品数据见表1。

实施例4 与实施例1不同的是，反应原料为平均粒度为10.0μm、81.52%的钨粉、平均粒度为15μm、14.81%的雾化铝粉和3.67%的冶金级炭黑，球磨混合5h。反应及冷却气氛为20KPa还原气氛，反应温度为1000℃，反应时间10h。得到60.0%WC和40.0%Al₄W的预合金粉，产品数据见表1。

实施例5 与实施例1不同的是，反应原料为平均粒度为8.0μm、92.33%的钨粉、平均粒度为50μm、1.85%的铝粉和5.82%的炭黑，球磨混合4h。反应气氛为25KPa惰性气氛，反应温度1800℃，反应时间3h，冷却气氛为25KPa还原气氛。得到95.0%WC和5.0%Al₄W的预合金粉，产品数据见表1。

实施例6 与实施例1不同的是，反应原料为平均粒度为60.0μm、84.60%的钨粉、平均粒度为90μm、11.11%的铝粉和4.29%的炭黑。反应及冷却气氛为30KPa还原气氛，反应温度2200℃，反应时间3h。合成产物球磨时间8h，得到70.0%WC和30.0%Al₄W的预合金粉，产品数据见表1。

表1 WC-Al₄W预合金粉产品数据

实施例	WC相平均粒度（μm）	Al₄W相平均粒度（μm）	铁含量（%）	氧含量（%）
					实施例1	1.0	0.9	0.02	0.08
实施例2	6.2	1.1	0.03	0.05
					实施例3	8.3	4.1	0.03	0.03
实施例4	11.3	0.6	0.02	0.08
					实施例5	12.4	3.3	0.03	0.05
实施例6	96.0	5.0	0.05	0.02

由表1、图1和图2可知，本发明生产的WC-Al₄W预合金粉杂质含量低，分散性好，WC相和Al₄W相两相分布均匀，WC结晶完整，无异常粗大团粒。

Claims

1.一种WC-Al₄W预合金粉的生产方法，包含以下步骤：

（1）将反应物球磨混合4h～6h，得球磨混合原料，其中反应物各组分质量百分比如下：钨粉75.33%～92.33%，铝粉1.85%～22.24%，炭黑2.43%～5.82%；

（2）将步骤（1）所述的球磨混合原料采用碳化炉，在真空或压力不高于30KPa的非氧化性气氛下进行合成反应，合成温度1000℃～2200℃，保温时间1h ~ 10h，再在真空或压力不高于30KPa的非氧化性气氛下自然冷却，得合成产物；

（3）将步骤（2）所述的合成产物球磨4h～8h，过筛，得WC- Al₄W预合金粉。

2.如权利要求1所述的一种WC-Al₄W预合金粉的生产方法，其特征在于步骤（1）所述的铝粉为雾化铝粉。

3.如权利要求1所述的一种WC-Al₄W预合金粉的生产方法，其特征在于步骤（1）所述的炭黑为冶金级炭黑。

4.如权利要求1所述的一种WC-Al₄W预合金粉的生产方法，其特征在于钨粉平均粒度为0.5μm～60μm。

5.如权利要求1或2所述的一种WC-Al₄W预合金粉的生产方法，其特征在于铝粉平均粒度小于100μm。