CN103240421A - 一种高压坯强度钨粉的生产方法与系统 - Google Patents

Abstract

一种高压坯强度钨粉的生产方法，以仲钨酸铵和紫色氧化钨为原料，按照一定的比例进行混合，混匀后，将混合粉置于氢气还原炉中，料层厚度为5-25mm，并以5-20℃/min的速度升温至700-1100℃进行直接氢还原，保温时间为1-5小时，氢气露点为-40～-65℃，最后将还原后的粉末过筛，得到高压坯强度钨粉。该方法所生产的钨粉不需要添加任何成型剂即可压制成强度高的压坯，其压坯强度高达3.0-5.0MPa，用其制备的钨制品具有密度大、耐高温性能好、质量稳定等特点。制备方法和制备步骤非常简单，制备过程的工艺参数容易控制。

Description

一种高压坯强度钨粉的生产方法与系统

技术领域

本发明涉及一种高压坯强度钨粉的生产方法与系统，特别是采用仲钨酸铵和紫色氧化钨为原料直接氢还原生产高压坯强度钨粉的方法与系统，属于粉末冶金技术领域。

技术背景

当前，为了制备高密度、耐高温的钨制品，已经对钨粉的压制性能及成形性能提出了较高的要求。因此，如何优化钨粉的压制性能及成形性能显得尤为重要。

采用常规的钨粉制备工艺，将不同的氧化钨原料进行氢还原，制备的钨粉具有颗粒发育完全、粒度分布较集中、粉末的分散性及流动性好等特点，适合制备晶粒均匀的优质碳化钨基硬质合金制品。

但是，恰恰因为采用该方法制备的钨粉颗粒发育完全、表面结构规整、粉末分散性及流动性好，若用于以纯钨粉为原料压制成形制备钨基高密度、耐高温的钨制品，则存在成形性能差、压坯强度低等缺陷，其压坯强度小于2MPa，且难以再提高。这使得钨粉压坯在成形或加工过程中容易出现裂纹、掉角、及崩块等现象，极大地制约了钨基高密度、耐高温钨制品的发展。

在实际生产过程中，为了达到成形及强度要求，不得不通过添加有机物成型剂的措施，来提高钨粉的压坯强度，但是，掺入的成型剂在脱除过程中容易产生残碳，从而影响产品的综合性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压坯强度钨粉的生产方法，其可制备出成形性能好、压坯强度高的钨粉，从而可进一步制备钨基高密度、耐高温的钨制品。

本发明的另外一个目的是提供一种高压坯强度钨粉的生产系统，其可制备出成形性能好、压坯强度高的钨粉，从而可进一步制备钨基高密度、耐高温的钨制品。

为此，本发明采用仲钨酸铵和紫色氧化钨为原料，将仲钨酸铵和紫色氧化钨按照一定比例混合，在还原炉中进行氢还原，得到纯度高、压坯强度高的钨粉；或者将仲钨酸铵和紫色氧化钨分别直接氢还原后得到的钨粉按一定比例混合，该粉末压坯强度达到3.0-5.0MPa，可广泛应用于制备钨基高密度、耐高温钨制品，克服了常规工艺生产的钨粉成形性能差及压坯强度低等不足。

方案1：

(1)以仲钨酸铵和紫色氧化钨混合粉为原料，混合比例为

仲钨酸铵:紫色氧化钨=(10-40):(90-60)，

混匀后取适量置于料舟中，料层厚度为5-25mm；

(2)将方案1的步骤(1)采用的所述料舟置于氢气还原炉中进行一步还原，升温速度为5-20℃/min，还原温度为700-1100℃，保温时间为1-5小时，氢气露点为-40～-65℃；

(3)将方案1的步骤(2)中制备的钨粉进行过筛。

方案2：

(1)选用仲钨酸铵和紫色氧化钨为原料；

(2)将仲钨酸铵和紫色氧化钨分别在还原炉中进行一步氢还原，料层厚度为5-25mm，升温速度为5-20℃/min，还原温度为700-1100℃，保温时间为1-5小时，氢气露点为-40～-65℃；

(3)将仲钨酸铵和紫色氧化钨还原所得钨粉分别过筛，所得钨粉分别记为1#钨粉及2#钨粉；

(4)将1#钨粉及2#钨粉按照(10-40):(90-60)的比例进行混合，得到高压坯强度钨粉。

本发明的优点和积极效果，体现在：

(1)制备方法和制备步骤非常简单，制备过程的工艺参数容易控制。

(2)制备的钨粉纯度高，压制性能好，压坯强度达到3.0-5.0MPa，满足工业上对高压坯强度钨粉的要求。

(3)制备的钨粉质量可实现稳定控制。

附图说明

图1是本发明的用于制备紫钨的紫钨炉示意图。

图2是本发明的用于制备高压坯强度钨粉的还原炉示意图。

具体实施方式

如图1所示，关于紫钨的制备工艺：将仲钨酸铵(APT)原料放入给料仓1，在进料螺旋的推动下，APT被送至炉管口，炉管2在电机的驱动并由链轮带动下转动，由于炉管2略微倾斜安装于加热炉体3中，使进料端部4略高于出料端部5，在炉管2的转动配合下，炉管2内的物料沿炉管2向前移动，APT物料在炉管2内移动的过程中得到煅烧，并在氢气的作用下，逐步反应生成紫钨。氢气6由出料仓7通入，同时通入的还有起保护作用的氮气8。反应产生的氨水和废气在抽气泵9的作用下，从氨水下料仓10转移至氨水箱11，氨水留在在氨水箱11内，废气通过淋洗罐淋12洗后，通过排气烟管13排到大气层。紫钨移动至出料仓7后，通过出料螺旋将紫钨转移至料桶。

如图2所示，关于高压坯强度钨粉的制备：将紫钨和APT按照一定的比例进行混合均匀。将混合料称量好置于还原舟皿中，在气缸20的推动下，还原舟皿进入炉管2内，并沿着炉管2的内壁向前移动，混合料在炉管2内移动的过程中依次经过一带加热段31、二带加热段32、三带加热段33而被炉体3加热，并在通入的氢气的作用下，反应生成钨粉，生成的钨粉经冷却带34冷却后被转移至料桶内。过量的氢气经过氢气回收净化系统40后得到净化回收利用。

实施例1：

(1)将工业纯仲钨酸铵和紫色氧化钨按照3:7的比例混合，置于不锈钢舟皿中，粉末层厚度为10mm；

(2)将实施例1的步骤(1)中的混合粉末置于还原炉高温区域，以10℃/min的速度升温，在900℃下保温，保温时间为2小时，氢气露点为-45℃；

(3)将还原得到的粉末过160目筛，得到平均Fsss粒度为3μm的高压坯强度钨粉，压坯强度达到3.6MPa。

实施例2：

(1)将工业纯仲钨酸铵粉末置于不锈钢舟皿中，粉末层厚度为8mm；

(2)将实施例2的步骤(1)中的粉末置于还原炉的高温区域，以10℃/min的速度升温，在950℃下保温，保温时间为2小时，氢气露点为-45℃；

(3)将实施例2的步骤(2)中还原后的粉末过160目筛，记为1#钨粉；

(4)将工业纯紫色氧化钨粉末置于不锈钢料舟中，粉末层厚度为10mm；

(5)将实施例2的步骤(4)中的粉末置于还原炉高温区域，以10℃/min的速度升温，在850℃下保温，保温时间为2小时，氢气露点为-45℃；

(6)将实施例2的步骤(5)中还原后的粉末过160目筛，记为2#钨粉；

(7)将1#钨粉及2#钨粉按照3：7的比例混合均匀，得到压坯断裂强度为3.7MPa的钨粉。

本发明采用仲钨酸铵和紫色氧化钨为原料直接氢还原，由仲钨酸铵还原生成的钨粉颗粒粗细不均，颗粒形貌不规则，且颗粒之间存在着部分的桥接和松散的聚集结构现象，而由紫色氧化钨还原生成的钨粉粒度相对较细，两种钨粉的合理搭配，使得粉末在压制过程既有牢固的骨架结构的支撑，又有足够的细粉将压坯中的孔洞填补，颗粒之间啮合紧密，故粉末的压坯强度也比常规钨粉高得多，达到3.0～5.0MPa左右。

根据本发明，在粉末冶金领域中，用仲钨酸铵和紫色氧化钨为原料，按照一定的比例混合后直接氢还原，或者将仲钨酸铵和紫色氧化钨分别直接氢还原后按照一定的比例混合，来生产高压坯强度钨粉。

所生产的钨粉不需要添加任何成型剂即可压制成强度高的压坯，其压坯强度高达3.0～5.0MPa，用其制备的钨制品具有密度大、耐高温性能好、质量稳定等特点。可广泛用于军工、医疗、航空航天等领域。

Claims (10)

1.一种高压坯强度钨粉的生产方法，其特征在于，至少包括以下步骤：以仲钨酸铵和紫色氧化钨为原料，按照一定的比例进行混合[混合比例优选为仲钨酸铵:紫色氧化钨=(10-40):(90-60)]；混匀后，将混合粉置于氢气还原炉中，料层厚度为5-25mm，并以5-20℃/min的速度升温至700-1100℃进行直接氢还原，保温时间为1-5小时，氢气露点为-40～-65℃，然后将还原后的粉末过筛，以得到高压坯强度钨粉。

2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，

将工业纯仲钨酸铵和紫色氧化钨按照3:7的比例混合，置于不锈钢舟皿中，粉末层厚度为10-15mm(优选10mm)；

将工业纯仲钨酸铵和紫色氧化钨混合粉末置于还原炉高温区域，以8-12℃/min(优选10℃/min)的速度升温，在850-950℃(优选900℃)下保温，保温时间为2-4小时(优选2小时)，氢气露点为-40～-50℃(优选-45℃)；

将还原得到的粉末过155-165目筛(优选160目筛)，平均Fsss粒径控制在2-4μm(优选3μm)。

3.一种高压坯强度钨粉的生产方法，其特征在于，至少包括以下步骤：将仲钨酸铵和紫色氧化钨分别置于还原炉中进行直接氢还原，料层厚度为5-25mm，升温速度为5-20℃/min，还原温度为700-1100℃，保温时间为1-5小时，氢气露点为-40～-65℃，将还原得到的钨粉分别过筛，然后，将两种钨粉按照一定的比例混合[优选为(10-40):(90-60)]均匀，以得到高压坯强度的钨粉。

4.如权利要求3所述的生产方法，其特征在于，

将工业纯仲钨酸铵粉末置于不锈钢舟皿中，粉末层厚度为6-10mm(优选8mm)；同时或先后，将工业纯紫色氧化钨粉末置于另外一个不锈钢料舟中，粉末层厚度为10-15mm(优选10mm)；

将工业纯仲钨酸铵粉末置于还原炉的高温区域，以8-12℃/min(优选10℃/min)的速度升温，在900-1000℃(优选950℃)下保温，保温时间为2-4小时(优选2小时)，氢气露点为-40～-50℃(优选-45℃)；同时或先后，将工业纯紫色氧化钨粉末置于还原炉高温区域，以8-12℃/min(优选10℃/min)的速度升温，在800-900℃(优选850℃)下保温，保温时间为2-4小时(优选2小时)，氢气露点为-40～-50℃(优选-45℃)；

将工业纯仲钨酸铵还原后的粉末过155-165目筛(优选160目筛)，记为1#钨粉；同时或先后，将工业纯紫色氧化钨还原后的粉末过155-165目筛(优选160目筛)，记为2#钨粉；

将1#钨粉及2#钨粉按照(10-40):(90-60)](优选3:7)的比例混合均匀，以得到高压坯强度的钨粉。

5.如权利要求1至4其中之一所述的生产方法，其特征在于，仲钨酸铵和紫色氧化钨的混合比例为n:m，其中，n和m都为自然数，10≤n≤40，60≤m≤90，n+m=100。

6.如权利要求1至5其中之一所述的生产方法，其特征在于，料层厚度h为满足5≤h≤25mm的任意自然数或小数。

7.如权利要求1至6其中之一所述的生产方法，其特征在于，升温速度t1为满足5≤t1≤20℃/min的任意自然数或小数，还原温度t2为满足700≤t2≤1100℃的任意自然数或小数，保温时间t3为满足1≤t3≤5小时的任意自然数或小数。

8.如权利要求1至7其中之一所述的生产方法，其特征在于，氢气露点d为满足-40≤d≤-65℃的任意自然数或小数。

9.一种高压坯强度钨粉的生产系统，其特征在于，包括仲钨酸铵容器、紫色氧化钨容器、仲钨酸铵与紫色氧化钨混合器、氢气还原炉、料层厚度监测器、升温速度控制器、保温时间控制器、保温控制器、氢气露点控制器、还原后的粉末过筛器、高压坯强度钨粉容器，

仲钨酸铵容器和紫色氧化钨容器位于仲钨酸铵与紫色氧化钨混合器的上游；仲钨酸铵与紫色氧化钨混合器与氢气还原炉连通；料层厚度监测器、升温速度控制器、保温时间控制器、保温控制器、氢气露点控制器与氢气还原炉连通；还原后的粉末过筛器位于氢气还原炉的下游；高压坯强度钨粉容器位于还原后的粉末过筛器的下游，并且与还原后的粉末过筛器连通，或者

仲钨酸铵容器和紫色氧化钨容器分别与氢气还原炉连通；还原后的粉末过筛器位于氢气还原炉的下游，料层厚度监测器、升温速度控制器、保温时间控制器、保温控制器、氢气露点控制器与氢气还原炉连通；氢气还原炉的下游还分别设有还原后的仲钨酸铵粉末过筛器和还原后的紫色氧化钨粉末过筛器；还原后的仲钨酸铵粉末过筛器和还原后的紫色氧化钨粉末过筛器与仲钨酸铵与紫色氧化钨混合器连通；高压坯强度钨粉容器位于仲钨酸铵与紫色氧化钨混合器的下游。

10.如权利要求9所述的生产系统，其特征在于，所述混合器包括仲钨酸铵:紫色氧化钨=(10-40):(90-60)的混合比例控制器；料层厚度监测器为5-25mm的料层厚度监测器；升温速度控制器为5-20℃/min的升温速度控制器；保温时间控制器为1-5小时的保温时间控制器；氢气露点控制器为-40～-65℃的氢气露点控制器；和/或，保温控制器为700-1100℃的保温控制器。

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