CN109079151B - 一种高温液相还原氧化钨制备超粗钨粉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温液相还原氧化钨制备超粗钨粉的方法，以氧化钨和钨粉为原料，所述氧化钨与钨粉粒径范围为0.2～1.0μm，将原料按一定质量比，其中钨粉含量0wt％～10wt％混合均匀，放入管式炉中，通入氩气作为保护气，待温度升到设定的还原温度后保持0～1h，关闭氩气，向管式炉内通入纯氢气进行还原，还原温度1420～1600℃，保温时间0.5～2.5h，制备出超粗钨粉。本发明工艺简单，流程短，适合工厂批量生产超粗钨粉，制备出的钨粉分散性好且粒度分布均匀，其平均粒径为58～70μm。

Description

一种高温液相还原氧化钨制备超粗钨粉的方法
技术领域
本发明属于金属粉末冶金制粉领域。
背景技术
硬质合金俗称为“工业的牙齿”。粗晶WC-Co硬质合金因其特殊的耐冲击、高硬度等性能，被广泛应用于地质勘探、矿山开采、石油钻井等领域。金属钨粉是生产硬质合金、纯钨及钨合金等制品的重要原料，不论是硬质合金或其他钨制品，在生产过程中对钨粉的平均粒度和粒度分布都有着严格的要求。在硬质合金领域，钨粉的粒度和粒度分布直接影响所生产的WC粉的粒度及粒度分布。不同用途的硬质合金根据所用的WC粉粒度不同，对原料钨粉的平均粒度及粒度组成有着不同的要求：切削刀具要求钨粉及WC粉粒度细小，粒度分布窄；而冲击工具要求钨粉及WC粉粗大，粒度分布较宽。因此，制备颗粒粗大、分散性好的粗钨粉是粗晶WC-Co硬质合金制备的关键技术。
钨的熔点较高，工业上只能采用粉末冶金的方法生产，一般通过还原钨氧化钨或钨卤化物来制备钨粉。工业上一般采用掺杂Na或Li元素来制备超粗钨粉，在1000～1200℃下还原，平均粒径可达20～30μm，但钨粉的形貌较差，呈不规则状，均匀性也较差。此外，湿氢还原法也是制备超粗钨粉常采用的方法，以WO3为原料，还原温度在1250℃以上，采用较长的保温时间来制备超粗钨粉。专利CN101664809A《一种均匀粗晶粒钨粉及碳化钨粉末的制备方法》公开的方法是以钨的氧化物(黄钨、蓝钨、紫钨)或钨的氧化物和细钨粉的混合物为原料制备粗晶金属钨粉。使用该方法在还原过程中，向还原炉内输送水蒸气和氢气的混合气，还原温度为900～1350℃，还原时间3～50h，最后还原所得粗晶钨粉的粒度为10～100μm，该方法在制备Fsss粒度为100μm超粗钨粉时所用原料为Fsss粒度30μm的超粗钨粉，还原温度1350℃，还原时间为50h，此方法还原时间长，实际生产效率较低，对设备要求高。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种高温液相还原氧化钨制备超粗钨粉的方法。
本发明采用氧化钨和钨粉(粒径范围0.2～1.0μm)为原料，通过改变氧化钨和钨粉的比例(钨粉0wt％～10wt％)，经高温(1420～1600℃)氢还原后，制备出不同粒度的超粗钨粉。三氧化钨的熔点为1473℃，当还原温度高于三氧化钨熔点时，体系中的三氧化钨全部转化为液相，此时向炉管内通入氢气进行还原，将形成一个钨粉从液相三氧化钨中形核长大的体系。而当还原温度低于三氧化钨的熔点时，体系中的三氧化钨被还原成钨粉主要依赖于“挥发-沉积”长大机制，相比于液相形核长大，钨粉依靠“挥发-沉积”长大的速率显然要慢得多。此外，由W-O系二元相图可知，当体系中物质的氧原子含量稍低于75％(WO3的氧原子含量)，体系的熔点温度降至1420℃。因此，本发明在三氧化钨中加入一定比例的钨粉，还原过程中钨粉将会与之反应生成钨的中间氧化物(WO2.9、WO2.72或WO2)，使体系熔点降低，有利于在较低温度和较短还原时间内制备出超粗钨粉。本发明目的在于提供一种生产工艺简单、生产效率高及生产成本较低的超粗钨粉生产新方法，以克服现有技术中制备超粗钨粉的还原时间长、工艺流程繁琐及生产成本高等缺陷。
本发明的具体实施步骤：
(1)将原料氧化钨与钨粉(粒径范围0.2～1.0μm)按一定质量比(钨粉0wt％～10wt％)混合均匀；
(2)将混合均匀的粉末放入管式炉中，通入氩气作为保护气，待温度升到设定的还原温度(1420～1600℃)后保持0～1h，关闭氩气，向管式炉内通入纯氢气进行还原，保温时间0.5～2.5h，制备出超粗钨粉。本发明的有益效果：
(1)本发明还原时间短0.5-2.5h，生产效率高；
(2)本发明在还原过程中原料氧化钨将部分或全部转化为液相，这可以提高钨粉的形核和长大速率，有助于制备出超粗钨粉；
(3)本发明对反应过程中加入的钨粉要求粒径较低为0.2～1.0μm，即可制出粒径为58～70μm的超粗钨粉。
附图说明
图1为实施例1制备的超粗钨粉SEM图；
图2为实施例2制备的超粗钨粉SEM图；
图3为实施例3制备的超粗钨粉SEM图；
图4为实施例3制备的超粗钨粉XRD图；
具体实施方式
实施例1
A.取20g黄色三氧化钨粉末，放入管式炉中，通入氩气作为保护气，待温度升到1500℃后保持0.5h，关闭氩气，向管式炉内通入纯氢气进行还原，继续保温1.5h，然后随炉冷却，制备出超粗钨粉。
按上述描述的方法制备的钨粉粒度均匀，分散性好，平均粒径为58μm，其SEM图片见图1所示。
实施例2
A.按下述质量百分比进行配料，三氧化钨95％，钨粉(粒径范围0.2～1.0μm)5％，取19g三氧化钨粉末和1g钨粉混合均匀；
B.将混合均匀的粉末放入管式炉中，通入氩气作为保护气，待温度升到1500℃后保持0.5h，关闭氩气，向管式炉内通入纯氢气进行还原，继续保温1.5h，然后随炉冷却，制备出超粗钨粉。
按上述描述的方法制备的钨粉粒度均匀，分散性好，平均粒径为65μm，其SEM图片见图2所示。
实施例3
A.按下述质量百分比进行配料，三氧化钨90％，钨粉(粒径范围0.2～1.0μm)10％，取18g黄色三氧化钨粉末和2g钨粉混合均匀；
B.将混合均匀的粉末放入管式炉中，通入氩气作为保护气，待温度升到1500℃后保持0.5h，关闭氩气，向管式炉内通入纯氢气进行还原，继续保温1.5h，然后随炉冷却，制备出超粗钨粉。
按上述描述的方法制备的钨粉粒度均匀，分散性好，平均粒径为70μm，其SEM图片见图3所示。

Claims (2)

1.一种高温液相还原氧化钨制备超粗钨粉的方法，其特征是：将原料氧化钨粉末与钨粉按一定质量比混合均匀，再将混合均匀的粉末放入管式炉中，通入氩气作为保护气，待温度升到设定的还原温度后保持0～1h，使原料部分或全部转变为液相，然后关闭氩气，向管式炉内通入纯氢气进行还原，制备出的超粗钨粉粒度为58～70μm。
2.根据权利要求1所述的高温液相还原氧化钨制备超粗钨粉的方法，其特征是：所用钨粉的粒径范围为0.2～1.0μm，钨粉所占的质量比为0％～10％，还原反应温度为1420～1600℃，还原时间0.5～2.5h。
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