CN102672189A

CN102672189A - 一种球形钨粉的制备方法

Info

Publication number: CN102672189A
Application number: CN2012101528519A
Authority: CN
Inventors: 曾庆宁; 罗文�
Original assignee: Ganzhou Grand Sea W & Mo Group Co Ltd
Current assignee: Ganzhou Grand Sea W & Mo Group Co Ltd
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开了一种球形钨粉的制备方法。通过建立稳定氩等离子体，调节等离子体参数，采用氩气为主工作气体，氢气为辅助工作气体，氮气携带普通钨粉进行加热，加热形成的钨粉颗粒液滴喷射落入到蒸馏水中冷却，收集好进行干燥、轻度还原得到球形钨粉。所得球形钨粉比普通钨粉具有更好的流动性、更高的密度、纯度和颗粒表面光洁度，粉末粒度孔隙率低，为热喷涂、多孔材料、粉末冶金工业等行业的理想材料。本发明提出的采用氮气携带钨粉、蒸馏水冷却的方式，大大降低了原有氩气冷却所需的设备容积和氩气用量，节约了生产成本，提高了产品附加值和市场竞争力。

Description

一种球形钨粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高性能球形粉体材料的制备方法，尤其是一种球形钨粉的制备方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断发展，球形钨粉广泛地应用于热喷涂、多孔材料以及粉末冶金工业中，其需求量也在与日俱增。在热喷涂领域，球形钨粉不仅流动性很好，而且得到的涂层更均匀、致密，因而产品具有更好的耐磨性。用球形钨粉制备的多孔钨具有更均匀的孔隙，因此在生产过程中能够根据工艺条件控制产品的透气性能，它正逐渐取代常规钨粉，用于制作多孔钨部件，如大功率脉冲微波管的阴极、电子管的钡钨阴极、高温下的气体分布板以及气体过滤材料等。在粉末冶金工业中，球形钨粉的压坯在烧结过程中收缩非常均匀，可实现良好的尺寸控制。用球形钨粉制备药型罩的密度分布均匀，从而改善射孔弹爆轰形成的射流的特性，提高射孔弹穿深性能和稳定性。

与普通钨粉相比较，球形钨粉具有两个显著的特点。一是外观呈球状，粉末流动性好；二是高振实密度。球形钨粉作为热喷涂、多孔材料、粉末冶金工业等行业应用的高新材料，由于其制备技术的独特性和优异的使用性能，已引起国内外市场和研究者的密切关注。依据物理法和化学法对现有的制备球形钨粉的方法进行分类，国内外制备球形钨粉主要以下几种方法。

一、物理法

1. 电弧喷枪法：用普通直流弧焊机串联作电源，由简单的SCDP-3型电弧喷枪传送控制两根自耗电极钨丝相交启弧熔化，用压缩空气雾化成球形钨粉。该方法具有设备简单易取，成本低的优点，但生产效率较低。

2. 微波单膜腔法：将钨粉装入石英玻璃管中，并在微波作用下单模腔烧结炉中对钨粉进行球形化热处理。此法设备简单，但微波对钨粉的加热是有一定限度的。钨粉颗粒大，其球形化温度就高；钨粉颗粒小，其球形化温度就低，这样使得颗粒大小不一的钨粉，在球形过程中，会出现烧结现象。

3. 等离子体法：将普通钨粉加到等离子射流体中，使钨粉颗粒表面（或整体）熔融，形成熔滴。熔滴因表面张力而收缩形成球状，再通过快速冷却，将球形固定下来，从而获得了球形钨粉。申请号为CN200810180999.7的专利即采用等离子体法，但该专利需要一个较大的粉末冷却室和大量的氩气对加热后的钨粉进行冷却，成本较高。

二、化学法

1. 气相沉积法：一种通过气相沉积从WF₆中得到大粒度(40~65μm) 球状钨粉的工艺。该工艺涉及到强烈腐蚀性的 HF，劳动条件恶劣，对环保要求很高。

2. 钨粉重氧化-还原法：钨粉通过在一定温度、氧化时间和空气气氛下局部氧化形成一种特殊氧化钨，特殊氧化钨经相同工艺二次还原。该方法工艺流程长，工艺控制难度大，所得粉末球形度较差。

3. 仲钨酸铵循环氧化还原法：以特纯仲钨酸铵为原料，在氩气中煅烧成紫钨，紫钨还原后的钨粉在空气中被氧化为三氧化钨，三氧化钨再在氢气中还原。该方法工艺路线长，工艺控制难度大，产生的氨气污染大。

4. 钨酸铵超声搅拌-干燥-还原法：将饱和钨酸铵溶液与分散剂超声搅拌混合均匀，然后加入浓硫酸，在搅拌过程中生产沉淀，将沉淀滤出，干燥、破碎后置于氢气还原炉中还原得到球形钨粉。该方法工艺路线长，工艺参数控制大，产生的废液污染大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述各种技术存在的缺陷和弊病，提供一种低成本、球化率高的球形钨粉的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：球形钨粉的制备方法包括以下步骤：

（1）建立稳定运行的氩等离子体炬，采用氩气为主工作气体，氢气为辅助工作气体；氩等离子体炬，包括建立氩等离子炬，此时需要的主工作气体氩气的压力为0.5MPa~0.7MPa，辅助工作气体氢气的压力为0.5MPa~0.7MPa，感应线圈上加载的功率为20KW~40KW；氩等离子炬稳定运行时的主工作气体氩气的压力为0.5MPa~0.6MPa，辅助工作气体氢气的压力为0.5MPa~0.6Mpa；

（2）利用气体携带普通钨粉注入氩等离子体炬芯部的高温区加热；普通钨粉的费氏粒度为1~40μm，携带气体的压力为0.6MPa~0.7MPa，携带气体的流量为100~400L/h，普通钨粉进料控制流量为20g/min~40g/min；

（3）加热形成的钨粉颗粒液滴喷射落入到蒸馏水中冷却，收集好放入干燥箱中60℃下烘干12h后进行轻度还原；

（4）将干燥后的钨粉进行轻度还原，得到球形钨粉。

所述携带气体为氮气；轻度还原为在氢气氛围中进行930~950℃，1h还原处理。

本发明的优点是采用蒸馏水冷却粉末，可以大大缩小粉末冷却室，同时采用氮气携带送粉，并对加热后的粉末进行冷却保护，大大降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施对本发明作进一步详细说明。

球形钨粉的制备方法按下述步骤依次进行：

1. 建立稳定运行的氩等离子体炬：向等离子体反应器输入0.5MPa、0.6MPa或者0.7MPa持续主工作气体氩气流，辅助工作气体氢气输入压力为0.5MPa、0.6 MPa或0.7MPa，感应线圈加载至一定功率，功率可以是20 KW、30 KW或者40 KW，同时点火器放电，高压线圈感应耦合及点火器电晕触发，使氩气电离产生氩等离子体炬。此时使整个等离子体反应器内保持负压状态，即可保证等离子体炬稳定运行。

2. 利用氮气将普通钨粉注入氩等离子体炬的芯部高温区加热。加热时间随气粉流“飞离”等离子体炬而结束，持续时间仅为140毫秒~170毫秒。普通钨粉被送入等离子体炬的芯部高温区，吸收大量的热量，颗粒表面开始熔化，当颗粒重量的50%（至少）被熔化时，由于表面张力的作用，形成球形度很高的钨粉颗粒。

3. 将加热熔融后的钨粉末颗粒液滴冷却固化形成球形钨粉。在辐射、对流、传导和化学四种加热机制作用下，被迅速加热而熔化。当颗粒熔化到至少50%（按重量计算）时，熔融的颗粒在表面张力的作用下形成球形度很高的液滴，液滴喷射落入到蒸馏水中骤冷凝固，从而形成球形的颗粒。这一球化过程只要工艺参数设置合适，可达到近乎100%的球化率。

4. 将落入到蒸馏水中的粉末收集好，放入干燥箱中60℃下烘干12h。干燥好的球形钨粉在氢气氛围中进行930~950℃，1h还原处理。

整个球化方法中至关重要是调节和设置氩等离子参数。原料粉末特性的细小差异，比如粉体颗粒的粒度不同，其工艺参数会有很大的差别。保护气体氮气是用于约束粉末向等离子体炬边缘低温区扩散逃逸，因此粉末的粒径越小，需要输送更大的保护气体氮气量。

实施例1：原料普通钨粉的费氏粒度为20μm，球化过程中氩等离子体的输入功率为30kW。等离子体主工作气体氩气和辅助气体氢气压力均为0.5MPa。携带气体氮气的压力为0.6MPa，携带气体的流量为300L/h，普通钨粉喂料速率为40g/min，将喷射落入到蒸馏水中的粉末收集好，放入干燥箱中60℃下烘干12h，所得粉末氧含量为0.12%。干燥好的球形钨粉在氢气氛围中进行950℃，1h还原，处理后粉末氧含量为0.03%，粉末的霍尔流速从原来的13s/50g提高到6s/50g。

实施例2：原料普通钨粉的费氏粒度为25μm，球化过程中氩等离子体的输入功率为35kW。等离子体主工作气体氩气和辅助气体氢气压力均为0.6MPa。携带气体氮气的压力为0.7MPa，携带气体的流量为350L/h，普通钨粉喂料速率为35g/min，将喷射落入到蒸馏水中的粉末收集好，放入干燥箱中60℃下烘干12h，所得粉末氧含量为0.13%。干燥好的球形钨粉在氢气氛围中进行950℃，1h还原，处理后粉末氧含量为0.03%，粉末的霍尔流速从原来的14s/50g提高到7s/50g。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术应该了解，本发明不受上述实施例的现在，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种球形钨粉的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（4）将干燥后的钨粉进行轻度还原，得到球形钨粉。

2.根据权利要求1所述的一种球形钨粉的制备方法，其特征在于：所述携带气体为氮气。

3.根据权利要求1所述的一种球形钨粉的制备方法，其特征在于：轻度还原为在氢气氛围中进行930~950℃，时间1h还原处理。