CN107034407B - 一种硬质合金的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于破碎、研磨或碾磨技术领域，具体涉及一种硬质合金的生产方法，包括作为成型剂的石蜡和作为研磨介质的无水酒精；还包括如下步骤：步骤一，配料；步骤二，球磨；步骤三，干燥制粒；步骤四，烧结。本方案能够使得石蜡、酒精和原料粉末混合均匀。

Description

一种硬质合金的生产方法
技术领域
本发明属于破碎、研磨或碾磨技术领域，具体涉及一种硬质合金的生产方法。
背景技术
硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，伴随下游产业的发展，硬质合金市场需求不断加大。并且未来高新技术武器装备制造、尖端科学技术的进步以及核能源的快速发展，将大力提高对高技术含量和高质量稳定性的硬质合金产品的需求。
硬质合金生产一般包括湿磨备料、压制成型和烧结三大阶段。湿磨备料的质量既要满足后续工序的工艺要求，还要满足成品的材质要求，这是直接决定硬质合金生产是否顺畅、质量是否稳定的关键因素。为满足压制成型的工艺要求，湿磨备料阶段在按目标牌号配料，湿磨，干燥，制粒步骤得混合料的过程中，必须加入成型剂才能将混合料压制成型，经脱成型剂，烧结步骤得到相应牌号的硬质合金产品。常用的成型剂主要有橡胶、聚乙二醇和石蜡。因石蜡具有残留少，蒸发温度低，在低温烧结阶段易被排除且不会将杂质带入合金等优点，成为典型的成型剂之一。使用石蜡作为成型剂的混合料生产工艺，业内称其为石蜡工艺，并选用己烷、丙酮等石蜡的溶剂型液体作湿磨介质。由于石蜡在常温下不溶于酒精，因此石蜡工艺生产硬质合金时通常不选择酒精作介质。为发挥酒精价格相对低廉、来源丰富且安全性较高的优点，通过技术手段克服“常温下石蜡不溶于酒精”这一问题后，让酒精作为石蜡工艺的球磨介质成为了现实。
现有解决这一问题的技术手段主要包括(1)湿磨时，在湿磨介质中加入分散剂，如油酸、硬脂酸等，使原料粉末分散均匀；(2)将石蜡进行预研磨，再加入原料及酒精进行湿磨；(3)用喷雾干燥器完成湿磨料浆的干燥、制粒。如中国发明专利CN101514405B即同时使用了前述三种方法。CN101514405B所述方法是将石蜡单独进行预研磨，然后再将物料、酒精加入到石蜡中一起湿磨，并同时加入分散剂。
上述专利还存在以下技术问题：这种方法虽部分克服了石蜡在原料中不易分散均匀的问题，但不能从根本上实现石蜡与原料粉末颗粒的结合，不能充分形成石蜡原料粉末颗粒的包覆体，也不能从根本上解决石蜡原料粉末颗粒的包覆体在酒精介质中的均匀分散等问题。前述方法制得的混合料，需要通过后续的喷雾干燥过程弥补石蜡在原料、酒精中分散不够充分的问题，且增加了生产成本。实际的生产实践中，石蜡酒精工艺喷雾干燥制得混合料也时常发生石蜡偏析，硬质合金孔隙度等性能不达目标情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硬质合金的生产方法，能够使得石蜡、酒精和原料粉末混合均匀。
为达到上述目的，本发明的基础方案如下：
一种硬质合金的生产方法，包括作为成型剂的石蜡和作为研磨介质的无水酒精；还包括如下步骤：
步骤一，配料：以质量份数计，取80～93份碳化钨、7～20份的钴粉混合形成混合原料，且钴粉的纯度大于等于99%；
步骤二，球磨：采用球磨机进行球磨；球磨机包括用于放置钢球的磨机筒体、电机、减速机、主齿轮和从齿轮，从齿轮与磨机筒体的一端固定连接，电机的输出端与减速机连接，减速机的输出端与主齿轮连接，主齿轮与从齿轮啮合；磨机筒体的一端的中心处设有进料管，磨机筒体的另一端的中心处设有出料管；且进料管与出料管均与磨机筒体转动连接；进料管的管壁内设有管道，管道的一端连通有进料斗，且进料斗的上端设有带盖的斗口，进料斗的底部设有控制液体进入管道的阀门；管道的另一端伸入磨机筒体内，且该端上设有出料孔；磨机筒体内壁上还固设有多个挡块；
使用时，将步骤一中的混合原料放入球磨机进行球磨20～30h，得到原料粉末；然后将无水酒精放入进料斗内；将石蜡用蒸汽加热到100～130℃形成石蜡液，石蜡液经沉淀、过滤后放入喷枪，喷枪内的石蜡液在2～4个标准大气压下纯净压缩形成石蜡雾滴，并通入进料斗内的无水酒精中形成石蜡乳液；将石蜡乳液通入到磨机筒体内与原料粉末混合，球磨10～30h得到混合浆料；
步骤三，干燥制粒，将步骤三中的混合浆料干燥1～3h，然后进行制粒得到混合料；
步骤四，烧结，将步骤四中的混合料进行烧结。
本方案的有益效果：
1、将石蜡雾化后喷入到无水酒精中形成石蜡乳液，然后再通入到原料粉末中，能够使得石蜡、无水酒精和原料粉末混合均匀。使得石蜡易于分散在无水酒精、原料粉末中，制得的硬质合金孔隙度稳定。
2、相比于之前球磨的时候需要控制球磨温度，便于石蜡分散；而本方案中的石蜡能够在无水酒精和原料粉末中分散充分，所以球磨温度不需刻意进行控制，非常方便。
3、采用本方案中的球磨机不仅能够使得石蜡雾化后与无水酒精结合形成石蜡乳液，还能够使得原料粉末、无水酒精和石蜡研磨充分。另外，挡块的设置，使得钢球在磨机筒体中研磨的时候能够增大撞击力度，使得钢球在撞到挡块后，从挡块上滑落进而再撞击磨机筒体的内壁，使得磨机筒体内的物料球磨更加充分。
对基础方案的改进得到的优选方案1，无水酒精与混合原料的比例为200～400ml/Kg。
发明人在试验中发现，在上述比例时，得到的混合浆料浓度合适，利于后期的干燥。
对基础方案的改进得到的优选方案2，石蜡用量占混合原料的2.0～2.3wt%。
发明人在试验中发现，上述比例能够使得得到的混合浆料浓度合适，利于后期的干燥。
对基础方案的改进得到的优选方案3，挡块沿着磨机筒体的内壁成圈设置。
进一步的使得钢球在沿着磨机筒体内壁转动的时候能够与挡块接触，进而增大钢球的碰撞频率，更好的进行球磨。
对优选方案3的改进得到的优选方案4，挡块与磨机筒体之间的倾斜角度为45～60°，且相邻的挡块错位设置。
使得磨机筒体在转动的过程中，一些位于挡块处的钢球能够在挡块与磨机筒体之间的夹角处，进而能够被挡块推到更高的位置后再掉落，进一步的便于对粉料等的球磨。
对基础方案的改进得到的优选方案5，步骤二中的使用步骤替换为：使用时，将石蜡捣碎后从进料管通入磨机筒体内球磨5～10h，将无水酒精从进料斗处通入到磨机筒体内与石蜡混合并球磨10～12h，最后将步骤一中的混合原料从进料斗处放入磨机筒体内进行混合球磨12～13h得到混合浆料。
本方法是直接将石蜡放入到磨机筒体内进行研磨，之后再加入无水酒精研磨，最后再与钴粉和碳化钨一起进行球磨，使得石蜡充分散开，也能够解决石蜡、酒精和混合粉末混合不均匀的问题。另外，球磨机先对石蜡进行球磨，最后加入钴粉和碳化钨一起球磨时，由于钢球表面全部沾有石蜡，所以能够使得钴粉和碳化钨加入磨机筒体时就能够开始与钢球接触并与钢球表面的石蜡混合，然后再球磨得到混合浆料，非常方便。
附图说明
图1是本发明一种硬质合金的生产方法的球磨机的剖视图。
具体实施方式
附图标记：磨机筒体1、进料管11、管道111、进料斗112、斗口1121、出料孔113、出料管12、挡块13、钢球2、电机3、减速机4、主齿轮5、从齿轮6、螺旋叶片7。
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例1：
一种硬质合金的生产方法，包括作为成型剂的石蜡和作为研磨介质的无水酒精；还包括如下步骤：
步骤一，配料：以质量份数计，取80份碳化钨、20份的钴粉混合形成混合原料，且钴粉的纯度大于等于99%；无水酒精与混合原料的比例为200ml/Kg；石蜡用量占混合原料的2.0wt%。
步骤二，球磨：采用球磨机进行球磨；如图1所示，球磨机包括用于放置钢球2的磨机筒体1、电机3、减速机4、主齿轮5和从齿轮6，从齿轮6与磨机筒体1的一端固定连接，电机3的输出端与减速机4连接，减速机4的输出端与主齿轮5连接，主齿轮5与从齿轮6啮合；磨机筒体1的一端的中心处设有进料管11，磨机筒体1的另一端的中心处设有出料管12；且进料管11与出料管12均与磨机筒体1转动连接；进料管11的管壁内设有管道111，管道111的一端连通有进料斗112，且进料斗112的上端设有带盖的斗口1121，进料斗112的底部设有控制液体进入管道111的阀门；管道111的另一端伸入磨机筒体1内，且该端上设有出料孔113；磨机筒体1内壁上还固设有多个挡块13；挡块13沿着磨机筒体1的内壁成圈设置，挡块13与磨机筒体1之间的倾斜角度为45°，且相邻的挡块13错位设置。为了便于进料和出料，在进料管11和出料管12内均设有螺旋叶片7，两个螺旋叶片7各种由一个电机3带动。
使用时，将步骤一中的混合原料从进料管11处放入球磨机内进行球磨20h，得到原料粉末；然后将无水酒精从斗口1121处放入进料斗112内；将石蜡用蒸汽加热到100℃形成石蜡液，石蜡液经沉淀、过滤后放入喷枪，喷枪内的石蜡液在2个标准大气压下纯净压缩形成石蜡雾滴，并通入进料斗112内的无水酒精中形成石蜡乳液；打开阀门将石蜡乳液通入到磨机筒体1内与原料粉末混合，球磨10h得到混合浆料。
步骤三，干燥制粒，将步骤三中的混合浆料经Z形真空干燥机干燥1h，然后采用圆筒制粒机进行制粒得到混合料。
步骤四，烧结，将步骤四中的混合料1450°C真空烧结。
实施例2
一种硬质合金的生产方法，包括作为成型剂的石蜡和作为研磨介质的无水酒精；还包括如下步骤：
步骤一，配料：以质量份数计，取88份碳化钨、9份的钴粉混合形成混合原料，且钴粉的纯度大于等于99%；无水酒精与混合原料的比例为300ml/Kg；石蜡用量占混合原料的2.2wt%。
步骤二，球磨：采用球磨机进行球磨；如图1所示，球磨机包括用于放置钢球2的磨机筒体1、电机3、减速机4、主齿轮5和从齿轮6，从齿轮6与磨机筒体1的一端固定连接，电机3的输出端与减速机4连接，减速机4的输出端与主齿轮5连接，主齿轮5与从齿轮6啮合；磨机筒体1的一端的中心处设有进料管11，磨机筒体1的另一端的中心处设有出料管12；且进料管11与出料管12均与磨机筒体1转动连接；进料管11的管壁内设有管道111，管道111的一端连通有进料斗112，且进料斗112的上端设有带盖的斗口1121，进料斗112的底部设有控制液体进入管道111的阀门；管道111的另一端伸入磨机筒体1内，且该端上设有出料孔113；磨机筒体1内壁上还固设有多个挡块13；挡块13沿着磨机筒体1的内壁成圈设置，挡块13与磨机筒体1之间的倾斜角度为50°，且相邻的挡块13错位设置。为了便于进料和出料，在进料管11和出料管12内均设有螺旋叶片7，两个螺旋叶片7各种由一个电机3带动。
使用时，将步骤一中的混合原料从进料管11处放入球磨机内进行球磨25h，得到原料粉末；然后将无水酒精从斗口1121处放入进料斗112内；将石蜡用蒸汽加热到120℃形成石蜡液，石蜡液经沉淀、过滤后放入喷枪，喷枪内的石蜡液在3个标准大气压下纯净压缩形成石蜡雾滴，并通入进料斗112内的无水酒精中形成石蜡乳液；打开阀门将石蜡乳液通入到磨机筒体1内与原料粉末混合，球磨20h得到混合浆料。
步骤三，干燥制粒，将步骤三中的混合浆料经Z形真空干燥机干燥2h，然后采用圆筒制粒机进行制粒得到混合料。
步骤四，烧结，将步骤四中的混合料1450°C真空烧结。
实施例3
一种硬质合金的生产方法，包括作为成型剂的石蜡和作为研磨介质的无水酒精；还包括如下步骤：
步骤一，配料：以质量份数计，取93份碳化钨、7份的钴粉混合形成混合原料，且钴粉的纯度大于等于99%；无水酒精与混合原料的比例为400ml/Kg；石蜡用量占混合原料的2.3wt%。
步骤二，球磨：采用球磨机进行球磨；如图1所示，球磨机包括用于放置钢球2的磨机筒体1、电机3、减速机4、主齿轮5和从齿轮6，从齿轮6与磨机筒体1的一端固定连接，电机3的输出端与减速机4连接，减速机4的输出端与主齿轮5连接，主齿轮5与从齿轮6啮合；磨机筒体1的一端的中心处设有进料管11，磨机筒体1的另一端的中心处设有出料管12；且进料管11与出料管12均与磨机筒体1转动连接；进料管11的管壁内设有管道111，管道111的一端连通有进料斗112，且进料斗112的上端设有带盖的斗口1121，进料斗112的底部设有控制液体进入管道111的阀门；管道111的另一端伸入磨机筒体1内，且该端上设有出料孔113；磨机筒体1内壁上还固设有多个挡块13；挡块13沿着磨机筒体1的内壁成圈设置，挡块13与磨机筒体1之间的倾斜角度为60°，且相邻的挡块13错位设置。为了便于进料和出料，在进料管11和出料管12内均设有螺旋叶片7，两个螺旋叶片7各种由一个电机3带动。
使用时，将步骤一中的混合原料从进料管11处放入球磨机内进行球磨30h，得到原料粉末；然后将无水酒精从斗口1121处放入进料斗112内；将石蜡用蒸汽加热到130℃形成石蜡液，石蜡液经沉淀、过滤后放入喷枪，喷枪内的石蜡液在4个标准大气压下纯净压缩形成石蜡雾滴，并通入进料斗112内的无水酒精中形成石蜡乳液；打开阀门将石蜡乳液通入到磨机筒体1内与原料粉末混合，球磨30h得到混合浆料。
步骤三，干燥制粒，将步骤三中的混合浆料经Z形真空干燥机干燥3h，然后采用圆筒制粒机进行制粒得到混合料。
步骤四，烧结，将步骤四中的混合料1450°C真空烧结。
实施例4
一种硬质合金的生产方法，包括作为成型剂的石蜡和作为研磨介质的无水酒精；还包括如下步骤：
步骤一，配料：以质量份数计，取80份碳化钨、20份的钴粉混合形成混合原料，且钴粉的纯度大于等于99%；无水酒精与混合原料的比例为200ml/Kg；石蜡用量占混合原料的2.0wt%。
步骤二，球磨：采用球磨机进行球磨；如图1所示，球磨机包括用于放置钢球2的磨机筒体1、电机3、减速机4、主齿轮5和从齿轮6，从齿轮6与磨机筒体1的一端固定连接，电机3的输出端与减速机4连接，减速机4的输出端与主齿轮5连接，主齿轮5与从齿轮6啮合；磨机筒体1的一端的中心处设有进料管11，磨机筒体1的另一端的中心处设有出料管12；且进料管11与出料管12均与磨机筒体1转动连接；进料管11的管壁内设有管道111，管道111的一端连通有进料斗112，且进料斗112的上端设有带盖的斗口1121，进料斗112的底部设有控制液体进入管道111的阀门；管道111的另一端伸入磨机筒体1内，且该端上设有出料孔113；磨机筒体1内壁上还固设有多个挡块13；挡块13沿着磨机筒体1的内壁成圈设置，挡块13与磨机筒体1之间的倾斜角度为45°，且相邻的挡块13错位设置。为了便于进料和出料，在进料管11和出料管12内均设有螺旋叶片7，两个螺旋叶片7各种由一个电机3带动。
使用时，使用时，将石蜡捣碎后从进料管11通入磨机筒体1内球磨5h，将无水酒精从进料斗112处通入到磨机筒体1内与石蜡混合并球磨10h，最后将步骤一中的混合原料从进料斗112处放入磨机筒体1内进行混合球磨12h得到混合浆料。
步骤三，干燥制粒，将步骤三中的混合浆料经Z形真空干燥机干燥1h，然后采用圆筒制粒机进行制粒得到混合料。
步骤四，烧结，将步骤四中的混合料1450°C真空烧结。
实施例5
一种硬质合金的生产方法，包括作为成型剂的石蜡和作为研磨介质的无水酒精；还包括如下步骤：
步骤一，配料：以质量份数计，取89份碳化钨、10份的钴粉混合形成混合原料，且钴粉的纯度大于等于99%；无水酒精与混合原料的比例为300ml/Kg；石蜡用量占混合原料的2.2wt%。
步骤二，球磨：采用球磨机进行球磨；如图1所示，球磨机包括用于放置钢球2的磨机筒体1、电机3、减速机4、主齿轮5和从齿轮6，从齿轮6与磨机筒体1的一端固定连接，电机3的输出端与减速机4连接，减速机4的输出端与主齿轮5连接，主齿轮5与从齿轮6啮合；磨机筒体1的一端的中心处设有进料管11，磨机筒体1的另一端的中心处设有出料管12；且进料管11与出料管12均与磨机筒体1转动连接；进料管11的管壁内设有管道111，管道111的一端连通有进料斗112，且进料斗112的上端设有带盖的斗口1121，进料斗112的底部设有控制液体进入管道111的阀门；管道111的另一端伸入磨机筒体1内，且该端上设有出料孔113；磨机筒体1内壁上还固设有多个挡块13；挡块13沿着磨机筒体1的内壁成圈设置，挡块13与磨机筒体1之间的倾斜角度为50°，且相邻的挡块13错位设置。为了便于进料和出料，在进料管11和出料管12内均设有螺旋叶片7，两个螺旋叶片7各种由一个电机3带动。
使用时，使用时，将石蜡捣碎后从进料管11通入磨机筒体1内球磨8h，将无水酒精从进料斗112处通入到磨机筒体1内与石蜡混合并球磨11h，最后将步骤一中的混合原料从进料斗112处放入磨机筒体1内进行混合球磨12h得到混合浆料。
步骤三，干燥制粒，将步骤三中的混合浆料经Z形真空干燥机干燥2h，然后采用圆筒制粒机进行制粒得到混合料。
步骤四，烧结，将步骤四中的混合料1450°C真空烧结。
实施例6
一种硬质合金的生产方法，包括作为成型剂的石蜡和作为研磨介质的无水酒精；其特征在于，还包括如下步骤：
步骤一，配料：以质量份数计，取93份碳化钨、7份的钴粉混合形成混合原料，且钴粉的纯度大于等于99%；无水酒精与混合原料的比例为400ml/Kg；石蜡用量占混合原料的2.3wt%。
步骤二，球磨：采用球磨机进行球磨；如图1所示，球磨机包括用于放置钢球2的磨机筒体1、电机3、减速机4、主齿轮5和从齿轮6，从齿轮6与磨机筒体1的一端固定连接，电机3的输出端与减速机4连接，减速机4的输出端与主齿轮5连接，主齿轮5与从齿轮6啮合；磨机筒体1的一端的中心处设有进料管11，磨机筒体1的另一端的中心处设有出料管12；且进料管11与出料管12均与磨机筒体1转动连接；进料管11的管壁内设有管道111，管道111的一端连通有进料斗112，且进料斗112的上端设有带盖的斗口1121，进料斗112的底部设有控制液体进入管道111的阀门；管道111的另一端伸入磨机筒体1内，且该端上设有出料孔113；磨机筒体1内壁上还固设有多个挡块13；挡块13沿着磨机筒体1的内壁成圈设置，挡块13与磨机筒体1之间的倾斜角度为60°，且相邻的挡块13错位设置。为了便于进料和出料，在进料管11和出料管12内均设有螺旋叶片7，两个螺旋叶片7各种由一个电机3带动。
使用时，将石蜡捣碎后从进料管11通入磨机筒体1内球磨10h，将无水酒精从进料斗112处通入到磨机筒体1内与石蜡混合并球磨12h，最后将步骤一中的混合原料从进料斗112处放入磨机筒体1内进行混合球磨13h得到混合浆料。
步骤三，干燥制粒，将步骤三中的混合浆料经Z形真空干燥机干燥3h，然后采用圆筒制粒机进行制粒得到混合料。
步骤四，烧结，将步骤四中的混合料1450°C真空烧结。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种硬质合金的生产方法，包括作为成型剂的石蜡和作为研磨介质的无水酒精；其特征在于，还包括如下步骤：
步骤一，配料：以质量份数计，取80～93份碳化钨、7～20份的钴粉混合形成混合原料，且钴粉的纯度大于等于99％；
步骤二，球磨：采用球磨机进行球磨；所述球磨机包括用于放置钢球的磨机筒体、电机、减速机、主齿轮和从齿轮，所述从齿轮与所述磨机筒体的一端固定连接，所述电机的输出端与减速机连接，所述减速机的输出端与所述主齿轮连接，所述主齿轮与从齿轮啮合；所述磨机筒体的一端的中心处设有进料管，磨机筒体的另一端的中心处设有出料管；且进料管与出料管均与磨机筒体转动连接；所述进料管的管壁内设有管道，所述管道的一端连通有进料斗，且进料斗的上端设有带盖的斗口，进料斗的底部设有控制液体进入管道的阀门；所述管道的另一端伸入所述磨机筒体内，且该端上设有出料孔；所述磨机筒体内壁上还固设有多个挡块；
使用时，将步骤一中的混合原料放入球磨机进行球磨20～30h，得到原料粉末；然后将无水酒精放入进料斗内；将石蜡用蒸汽加热到100～130℃形成石蜡液，石蜡液经沉淀、过滤后放入喷枪，喷枪内的石蜡液在2～4个标准大气压下纯净压缩形成石蜡雾滴，并通入进料斗内的无水酒精中形成石蜡乳液；将石蜡乳液通入到磨机筒体内与原料粉末混合，球磨10～30h得到混合浆料；
步骤三，干燥制粒，将步骤二中的混合浆料干燥1～3h，然后进行制粒得到混合料；
步骤四，烧结，将步骤三中的混合料进行烧结。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金的生产方法，其特征在于，无水酒精与混合原料的比例为200～400ml/kg。
3.根据权利要求1所述的一种硬质合金的生产方法，其特征在于，石蜡用量占混合原料的2.0～2.3wt％。
4.根据权利要求1所述的一种硬质合金的生产方法，其特征在于，所述挡块沿着磨机筒体的内壁成圈设置。
5.根据权利要求4所述的一种硬质合金的生产方法，其特征在于，所述挡块与磨机筒体之间的倾斜角度为45～60°，且相邻的挡块错位设置。
6.根据权利要求1所述的一种硬质合金的生产方法，其特征在于，步骤二中的使用步骤替换为：使用时，将石蜡捣碎后从进料管通入磨机筒体内球磨5～10h，将无水酒精从进料斗处通入到磨机筒体内与石蜡混合并球磨10～12h，最后将步骤一中的混合原料从进料斗处放入磨机筒体内进行混合球磨12～13h得到混合浆料。
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