CN109834285A - 一种精确控制钨合金粉末掺杂成分含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确控制钨合金粉末掺杂成分含量的方法，属于难熔金属制备技术领域。将钨合金中需要掺杂的成分充分溶解，制成溶液，并用高压喷气嘴雾化后加入不断搅拌的钨基体粉末中，直至得到松散的掺杂粉体，经烘干、还原、混合，得到精确成分的钨合金粉末。本发明具有能够精确控制掺杂成分、能耗低、生产效率高等特点。

Description

一种精确控制钨合金粉末掺杂成分含量的方法

技术领域

本发明属于难熔合金制备技术领域，涉及一种精确控制钨合金粉末掺杂成分含量的方法。

背景技术

金属钨及钨合金具有熔点高、蒸汽压低、密度大、强度高等特点，具有优良的导电、导热及耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、电光源、电真空、高温炉等领域。掺杂钨合金和钨铼合金是其中应用较广的两类材料，掺杂合金包括铈钨合金、镧钨合金、锆钨合金、钇钨合金、钍钨合金，以及以上述多种氧化物掺入的多元复合钨合金；钨铼合金是以钨为主，含铼一般小于30％的合金；也可以在钨铼合金中掺入一种或多种稀土氧化物，形成系列的复合钨铼合金。这类合金在氩弧焊焊接、灯用钨阴极、高温炉部件等领域均获得了广泛应用。

上述钨合金一般都采用粉末冶金方法制得，即首先将原材料与掺杂元素混合，然后通过还原、压制成型、烧结等粉末冶金过程。其中，获得复合钨合金粉末的掺杂过程是这类材料制备中的必要工序。

目前制备这类钨合金采用的方法大多为浸泡式固-液掺杂方法。如CN201410139546.5将铵钨青铜湿法掺入铈、镧、钇的单元或二元或三元的稀土硝酸盐溶液中，经搅拌、混合、干燥后，获得掺杂铵钨青铜。CN201410074969.3涉及一种无辐射多元复合稀土钨电极材料，将硝酸镧、硝酸锆、硝酸钇、硝酸镥和铼酸铵配置成混合溶液，然后将三氧化钨、镧钨、钨粉或仲钨酸铵加入混合溶液中，搅拌均匀，加热干燥获得混合粉体。CN200410080295.4、CN200410080296.9将硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈配置成混合溶液，加入仲钨酸铵和去离子水搅拌得到悬浊液，搅拌、蒸发干燥获得还原前的掺杂粉末。

这类掺杂粉末制备工艺存在以下问题：其一，钨粉末掺入大量水后，在干燥过程容易结块，并沾附在工艺过程的盛具、工模具上难于清理而造成额外损耗，而沾附的掺杂粉与正常粉末之间成分差异大，造成难以精确控制掺杂成分含量，因此不同批次间成分很难一致。其二，掺杂后的钨基粉末含水量高，在干燥过程大量耗费电能，烘干过程耗时长，生产效率低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有钨合金粉末掺杂方法中的不足，提出了一种精确控制钨合金粉末掺杂成分含量的方法，该方法具有能够精确控制掺杂成分、能耗少、生产效率高等特点。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种精确控制钨合金粉末掺杂成分含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据需制备钨合金的标称含量计算出掺杂物的使用量；

步骤2：将步骤1中的掺杂物充分溶解，制成澄清溶液；

步骤3：将钨基体粉末不断搅拌、混合；

步骤4：将步骤2中的溶液用高压喷气嘴雾化，并喷入步骤3中的钨基体粉末中，喷入过程中保持搅拌钨基体粉末，直至溶液全部喷完；

步骤5：将步骤4中喷完溶液的复合粉末用混料机继续混合，混合时间2～4h；

步骤6：将步骤5中的粉末经过烘干、还原、过筛得到钨合金粉末。

进一步地，所述钨合金包括含有铈、镧、钇、锆、钍、铼中的任意一种或多种元素的钨合金。具体而言，所述钨合金包括含有铈的铈钨合金、含有镧的镧钨合金、含有锆的锆钨合金、含有钇的钇钨合金、含有钍的钍钨合金、含有铼的钨铼合金，以及含有铈、镧、钇、锆、钍、铼的任两种、三种、四种、五、六种钨合金。

进一步地，需要掺杂的成分以硝酸镧、硝酸钇、硝酸钍、硝酸锆、硝酸铈、铼酸铵或其他可溶性的盐类形式加入。

进一步地，步骤5的混合时间为2～4h。

进一步地，步骤2中溶解所用水量为钨基体粉末重量的2％～5％。

进一步地，步骤2中采用加热溶解用水、溶解过程中搅拌等措施提高溶解度，尽量减少溶解用水量。

进一步地，步骤3中钨基体粉末采用钨粉、氧化钨粉或仲钨酸铵。

进一步地，步骤3中钨基体粉末搅拌过程在带搅拌桨或搅拌棒的掺杂锅中进行，控制溶液喷雾时间与钨基体粉末搅拌速度，保证喷入水雾后的含水钨基体粉末呈松散态，不结块且喷洒均匀。

进一步地，步骤4中喷雾时间5～20min，步骤3和步骤4中搅拌速度10～40r/min。

进一步地，步骤6中烘干、还原、过筛工艺过程与常规钨粉制备的工艺过程相同。

上述技术方案摒弃了钨合金掺杂粉末传统的固-液掺杂的大用水量工艺，本发明的关键在于掺杂过程严格控制用水量，用水量仅为钨基体粉末重量的2％～5％，并使用加热、强制搅拌等手段制得高浓度掺杂溶液，将溶液以高度雾化的方式加入不断搅拌的钨基体中，实现了大量减少用水量后将溶液均匀掺入基体粉末中的目的，制得松散、不结块的均匀掺杂复合粉。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)溶液以高度雾化的形式加入钨基体粉末中，掺杂后钨合金粉末呈现松散的不结块状态，避免了传统用水量大的工艺过程的结块，粘壁，掺杂总量接近理论添加量，能精确控制掺杂成分含量，不同批次间均匀性优于传统工艺方法。

(2)掺杂过程使用水量少，后续粉末烘干速度快，节约能源，生产效率高。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案做进一步描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

采用仲钨酸铵为原材料，按下步骤制备氧化镧为1.5％(wt)的wl15合金粉末：

步骤1：根据需制备镧钨合金中氧化镧为1.6％的标称含量计算出硝酸镧的使用量；

步骤2：将步骤1中的硝酸镧充分溶解，制成澄清溶液，用水量为基体仲钨酸铵粉末重量的2.5％；

步骤3：将仲钨酸铵原料粉末不断搅拌、混合，搅拌速度20r/min；

步骤4：将步骤2中的硝酸镧溶液用高压喷气嘴雾化，并喷入步骤3中的仲钨酸铵粉末中，喷入过程中保持搅拌仲钨酸铵，直至溶液全部喷完；

步骤5：将步骤4中喷完溶液的复合粉末用混料机继续混合，时间2.5h；

步骤6：将步骤5中的粉末经过烘干、二阶段还原、过筛得到wl15钨合金粉末。

实施例2

采用蓝色氧化钨为原材料，制备复合钨粉，其中氧化镧理论添加量为0.35％(wt)、氧化钇理论添加量为1.4％(wt)、氧化铈理论添加量为0.35％(wt)，制备步骤如下：

步骤1：根据需制备多元复合钨合金中氧化镧为0.35％，氧化钇为1.4％(wt)、氧化铈为0.35％(wt)的标称含量计算出硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈的使用量；

步骤2：将步骤1中的硝酸镧、硝酸钇、硝酸铈充分溶解，用水量为氧化钨重量的3％，溶解过程中将用玻璃棒或橡胶棒加强搅拌，促进硝酸盐溶解制成高浓度澄清溶液；

步骤3：将蓝色氧化钨原料粉末不断搅拌、混合，搅拌速度20r/min；

步骤4：将步骤2中的复合溶液用高压喷气嘴雾化，并喷入步骤3中的蓝色氧化钨粉末中，喷入过程中保持搅拌氧化钨，直至溶液全部喷完；

步骤5：将步骤4中喷完溶液的复合粉末用混料机继续混合，时间4h；

步骤6：将步骤5中的粉末经过烘干、一次还原、过筛得到多元复合钨合金粉末。

实施例3

采用钨粉为原材料，按下步骤制备钨铼合金(铼添加量为5％wt)：

步骤1：根据需制备钨铼合金的铼为5％的标称含量计算出掺杂铼酸铵的使用量；

步骤2：将步骤1中的铼酸铵充分溶解，制成澄清溶液，溶解用水量为钨粉重量的5％，需将水温加热至约80℃～100℃以保证铼酸铵全部溶解；

步骤3：将钨基体粉末不断搅拌、混合，搅拌速度35r/min；

步骤4：将步骤2中的溶液用高压喷气嘴雾化，并喷入步骤3中的钨基体粉末中，喷入过程中保持搅拌钨基体粉末，直至溶液全部喷完；

步骤5：将步骤4中喷完溶液的钨铼复合粉末继续混合，混合时间4h；

步骤6：将步骤5中的复合粉末经过烘干、二阶段还原、过筛得到含铼5％钨铼合金粉末。

比较例1

采用仲钨酸铵为原材料，用传统浸泡方法制备氧化镧理论添加量为1.5％(wt)的wl15合金粉末：

步骤1：按照氧化镧1.6％的理论添加值，计算出硝酸镧的使用量；

步骤2：将步骤1中的硝酸镧用与基体粉末约1:1的水溶解，然后将仲钨酸铵浸泡在溶液中并搅拌、静置，6小时后取出，经烘干、破碎、还原后，得到镧钨合金粉末。

表1列出了用比较例1与实施例1的方法分别制备3批样品，用ICP法检测镧钨合金中氧化镧含量。结果表明实施例1中氧化镧检测值更接近理论添加量，批次波动小于比较例1，批次之间氧化镧含量损失程度一致，可实现精确控制掺杂成分含量。

表1

Claims (10)

1.一种精确控制钨合金粉末掺杂成分含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据需制备钨合金的标称含量计算出掺杂物的使用量；

步骤2：将步骤1中的掺杂物充分溶解，制成澄清溶液；

步骤3：将钨基体粉末不断搅拌、混合；

步骤4：将步骤2中的溶液用高压喷气嘴雾化，并喷入步骤3中的钨基体粉末中，喷入过程中保持搅拌钨基体粉末，直至溶液全部喷完；

步骤5：将步骤4中喷完溶液的复合粉末用混料机继续混合；

步骤6：将步骤5中的粉末经过烘干、还原、过筛得到钨合金粉末。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述钨合金包括含有铈、镧、钇、锆、钍、铼中的任意一种或多种元素的钨合金。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：需要掺杂的成分以硝酸镧、硝酸钇、硝酸钍、硝酸锆、硝酸铈、铼酸铵或其他可溶性的盐类形式加入。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5的混合时间为2～4h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中溶解所用水量为钨基体粉末重量的2％～5％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中采用加热溶解用水、溶解过程中搅拌的措施提高溶解度，尽量减少溶解用水量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中钨基体粉末采用钨粉、氧化钨粉或仲钨酸铵。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中钨基体粉末搅拌过程在带搅拌桨或搅拌棒的掺杂锅中进行，控制溶液喷雾时间与钨基体粉末搅拌速度，保证喷入水雾后的含水钨基体粉末呈松散态，不结块且喷洒均匀。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中喷雾时间5～20min，步骤3和步骤4中搅拌速度10～40r/min。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤6中烘干、还原、过筛工艺过程与常规钨粉制备的工艺过程相同。