CN114890424B - 超粗晶碳化钨粉末及其制备方法 - Google Patents

超粗晶碳化钨粉末及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种超粗晶碳化钨粉末及其制备方法，包括有原料选择、氢气还原、粒度分级、配碳、中频碳化、气流破碎、合批等工序，通过采用蓝色氧化钨粉末原理并对其粒度和杂质元素的含量如Na、K进行严格控制，确保还原和碳化过程中不出现异常长大现象；通过采用H2还原确保钨粉的粒度控制和氧含量控制；通过采用气流分级设备对钨粉进行分级，去除可能存在的较细和较粗的钨粉颗粒，确保碳化的均匀性；通过采用犁刀配碳机进行配碳并进行循环混合，确保配碳过程中炭黑与钨粉的均匀，使炭黑与钨粉充分接触；)采用球磨合批的方法对碳化钨粉末表面进行改性，改善粉末颗粒表面状态为类球形，增大碳化钨粉末的松装密度，降低残余应力，提升耐磨性能。

Description

超粗晶碳化钨粉末及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域技术，尤其是指一种超粗晶碳化钨粉末及其 制备方法。
背景技术
硬质合金顶锤和压缸是生产人造金刚石装置的重要组成部件，并且在 金刚石合成的过程中承受高温高压的交变载荷，其寿命的长短直接决定着 金刚石合成的生产成本。随着高端制造业朝着高速、高效、高精和高智能 化等方向的不断发展，特别是轨道交通装备、新能源汽车、工业机器人、 深海钻探装备和航空航天等高端制造业的发展，金刚石刀具行业也得到了 蓬勃的发展，使用量越来越大。
正常情况下硬质合金顶锤和压缸材料需要有高硬度和抗压性能，其硬 度HRA≥85，承压5000MPa以上，同时需要高强度以及高韧性，硬质合金顶 锤和压缸在工作时斜面需承受较大的拉应力>35kg/mm2；另外还需要耐高温 和耐磨耐蚀性，在合成金刚石的过程中C元素转变温度约为2000℃，所添 加的触媒既要利于合成进行又不能与顶锤发生反应。
用于生产硬质合金顶锤和压缸的主要原材料是高性能碳化钨粉，碳化 钨粉末的粒度均匀性、结晶形貌、碳含量控制精度、松装密度等性能指标 直接影响到硬质合金顶锤和压缸的上述技术指标，进而影响其使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种 超粗晶碳化钨粉末及其制备方法，其能有效解决现有之碳化钨粉末耐磨性 不好的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种超粗晶碳化钨粉末的制备方法，包括有以下步骤：
(1)原料选择：选用的原料为蓝色氧化钨，粒度50～55微米，过100 目筛，去除筛上物，Na和K含量小于5PPM，其余指标满足国标0级；
(2)氢气还原：将步骤(1)中的蓝色氧化钨进行氢气还原，经还原 后的得到的钨粉过150目筛网，取筛下物，所述钨粉粒度为50～55微米，研 磨态钨粉粒度为48～50微米，孔隙度0.550～0.650，氧含量小于500PPM， Na、K元素含量小于5PPM，其它技术指标需满足国标I级；
(3)粒度分级：将步骤(2)得到的钨粉在气流分级机中进行分级， 经分级后所得碳化所需的钨粉；
(4)配碳：将步骤(3)的钨粉进行配碳计算，配碳所用的炭黑为大 颗粒球形颗粒状炭黑，配碳计算需满足如下公式：
其中QC为炭黑的重量，XC为碳化钨粉的目标总碳含量(％)，QW为钨粉的 重量，XO2为钨粉中氧含量(％)；
所述的XC为目标产品碳化钨中的目标碳含量，目标碳含量为6.08％～ 6.15％的范围；所述XO2是指使用的钨粉原料中的氧含量，通过定氧仪测出的 实测值；
配料计算后即可得每批料所需的钨粉重量和炭黑重量，采用电子秤准 确称量相应的钨粉和炭黑重量，钨粉称量精度需高于0.1kG，炭黑称量精度 需高于0.5g，并将所称取的物料倒入犁刀配碳机中进行配合均匀；
所述的犁刀配碳机为容积2m3的配碳机，每次配碳的物料总重量控制在 1500～2000kG，加料时先将50％钨粉加入设备中，再加入全部称量好的炭黑， 最后将剩余的钨粉全部加入，按要求启动设备进行混合20～50min后，从卸 料口卸料100～200kG并从加料口重新加入到配碳机中，再次启动设备混合 20～30min，按此步骤重复2次，确保配碳均匀，混合结束后按要求卸料， 即得用于碳化使用的W+C混合料；
将所述的W+C混合料通过自动装舟设备装入到碳化用的石墨半圆舟皿 中，装料重量为8～12kG/舟，采用二次装舟法进行装舟，即先往舟皿中加 入半舟皿的W+C混合料，采用压实机压紧，再在舟皿中加入W+C混合料，再 次压紧，盖上盖板；
(5)中频碳化：将所述装好舟皿的W+C混合料在卧式中频碳化炉中进 行碳化处理；碳化出炉后采用预碎机进行初破碎，破碎后即为碳化钨，颗 粒尺寸小于3mm，存放在不锈钢料桶中并在N2保护状态下保存；
(6)气流破碎：将步骤(5)所得的碳化钨颗粒采用流化床式气流破 碎设备进行破碎，破碎介质采用高纯高压N2，纯度大于99.95％，通过调整 分级轮的转速2000～3000转/min控制碳化钨粉末的粒度，经破碎后既得碳 化钨粉末，基本特性为费氏粒度50～55微米，总碳CT：6.09～6.13％，化合 碳CC≥6.08％；
(7)合批：将步骤(6)所得碳化钨粉末采用球磨机进行合批，合批 的目的是调整碳化钨粉末颗粒的微观表面形貌和松装密度，以增加碳化钨 粉末的使用性能，降低后续生产过程中的压制压力；球磨合批球料比为4： 1，采用直径为18mm的硬质合金球，合批时间为20min，合批后经140目筛网 过筛即得成品碳化钨粉末。
优选的，所述步骤(2)中采用全自动十五管还原炉在通氢气氛下对蓝 色氧化钨进行还原，氢气流向为逆氢，露点在-30℃以下，流量控制在35～ 50m3/h，装舟量为800～1400g/舟，双层舟皿装料，料层厚度不超过30mm， 推舟速度为15～25min/舟，采用五带控温法，最高还原温度控制在900～ 1050℃。
优选的，所述步骤(5)中碳化过程中采用纯度为99.95％以上的N2保护， 流量为0.5～1.0m3/h，采用三带控温法，最高碳化温度设定为1600～1850℃， 推舟速度为20～40min/舟。
一种超粗晶碳化钨粉末，采用前述超粗晶碳化钨粉末的制备方法制得， 其粒度控制在46～48微米，孔隙度0.50～0.55，松装密度2.50～3.00g/cm3， 总碳CT：6.10～6.14％，化合碳CC≥6.08％，游离碳含量Cf≤0.04％，氧含量 O≤0.15％，粉末微观表面形貌为类球形碳化钨粉末。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上 述技术方案可知：
1)采用蓝色氧化钨粉末原理并对其粒度和杂质元素的含量如Na、K进 行严格控制，确保还原和碳化过程中不出现异常长大现象；2)采用H2还原 确保钨粉的粒度控制和氧含量控制；3)采用气流分级设备对钨粉进行分级， 去除可能存在的较细和较粗的钨粉颗粒，确保碳化的均匀性；4)采用犁刀 配碳机进行配碳并进行循环混合，确保配碳过程中炭黑与钨粉的均匀，使 炭黑与钨粉充分接触；5)装舟过程中采用压舟设备将舟皿中的W+C混合料 压至一定的密度，使炭黑颗粒与钨粉颗粒紧密结合，缩短碳化反应距离， 同时充分利用碳化反应放热，提升碳化反应速度，钨粉和炭黑压坯与烧结 容器在碳化过程中无表面渗透，消除了在传统碳化过程中的表面脏化现象， 提升碳化钨耐磨品质；6)采用卧式中频碳化炉进行碳化，使碳化温度更均 匀，碳量控制更准确，碳化效果更一致；7)采用流化床式气流破碎设备进 行破碎可获得粒度均匀的碳化钨粉末；8)采用球磨合批的方法对碳化钨粉末表面进行改性，改善粉末颗粒表面状态为类球形，增大碳化钨粉末的松 装密度，降低残余应力，提升耐磨性能。
具体实施方式
本发明揭示了一种超粗晶碳化钨粉末的制备方法，包括有以下步骤：
(1)原料选择：选用的原料为蓝色氧化钨，粒度50～55微米，过100 目筛，去除筛上物，Na和K含量小于5PPM，其余指标满足国标0级。
(2)氢气还原：将步骤(1)中的蓝色氧化钨进行氢气还原，经还原 后的得到的钨粉过150目筛网，取筛下物，所述钨粉粒度为50～55微米，研 磨态钨粉粒度为48～50微米，孔隙度0.550～0.650，氧含量小于500PPM， Na、K元素含量小于5PPM，其它技术指标需满足国标I级；采用全自动十五 管还原炉在通氢气氛下对蓝色氧化钨进行还原，氢气流向为逆氢，露点在 -30℃以下，流量控制在35～50m3/h，装舟量为800～1400g/舟，双层舟皿装 料，料层厚度不超过30mm，推舟速度为15～25min/舟，采用五带控温法， 最高还原温度控制在900～1050℃。
(3)粒度分级：将步骤(2)得到的钨粉在气流分级机中进行分级， 经分级后所得碳化所需的钨粉。
(4)配碳：将步骤(3)的钨粉进行配碳计算，配碳所用的炭黑为大 颗粒球形颗粒状炭黑，配碳计算需满足如下公式：
其中QC为炭黑的重量，XC为碳化钨粉的目标总碳含量(％)，QW为钨粉的 重量，XO2为钨粉中氧含量(％)；
所述的XC为目标产品碳化钨中的目标碳含量，目标碳含量为6.08％～ 6.15％的范围；所述XO2是指使用的钨粉原料中的氧含量，通过定氧仪测出的 实测值；
配料计算后即可得每批料所需的钨粉重量和炭黑重量，采用电子秤准 确称量相应的钨粉和炭黑重量，钨粉称量精度需高于0.1kG，炭黑称量精度 需高于0.5g，并将所称取的物料倒入犁刀配碳机中进行配合均匀；
所述的犁刀配碳机为容积2m3的配碳机，每次配碳的物料总重量控制在 1500～2000kG，加料时先将50％钨粉加入设备中，再加入全部称量好的炭黑， 最后将剩余的钨粉全部加入，按要求启动设备进行混合20～50min后，从卸 料口卸料100～200kG并从加料口重新加入到配碳机中，再次启动设备混合 20～30min，按此步骤重复2次，确保配碳均匀，混合结束后按要求卸料， 即得用于碳化使用的W+C混合料。
将所述的W+C混合料通过自动装舟设备装入到碳化用的石墨半圆舟皿 中，装料重量为8～12kG/舟，采用二次装舟法进行装舟，即先往舟皿中加 入半舟皿的W+C混合料，采用压实机压紧，再在舟皿中加入W+C混合料，再 次压紧，盖上盖板。
(5)中频碳化：将所述装好舟皿的W+C混合料在卧式中频碳化炉中进 行碳化处理；碳化出炉后采用预碎机进行初破碎，破碎后即为碳化钨，颗 粒尺寸小于3mm，存放在不锈钢料桶中并在N2保护状态下保存；碳化过程中 采用纯度为99.95％以上的N2保护，流量为0.5～1.0m3/h，采用三带控温法， 最高碳化温度设定为1600～1850℃，推舟速度为20～40min/舟。
(6)气流破碎：将步骤(5)所得的碳化钨颗粒采用流化床式气流破 碎设备进行破碎，破碎介质采用高纯高压N2，纯度大于99.95％，通过调整 分级轮的转速2000～3000转/min控制碳化钨粉末的粒度，经破碎后既得碳 化钨粉末，基本特性为费氏粒度50～55微米，总碳CT：6.09～6.13％，化合 碳CC≥6.08％；
(7)合批：将步骤(6)所得碳化钨粉末采用球磨机进行合批，合批 的目的是调整碳化钨粉末颗粒的微观表面形貌和松装密度，以增加碳化钨 粉末的使用性能，降低后续生产过程中的压制压力；球磨合批球料比为4： 1，采用直径为18mm的硬质合金球，合批时间为20min，合批后经140目筛网 过筛即得成品碳化钨粉末。
本发明还公开一种超粗晶碳化钨粉末，采用前述超粗晶碳化钨粉末的 制备方法制得，其粒度控制在46～48微米，孔隙度0.50～0.55，松装密度 2.50～3.00g/cm3，总碳CT：6.10～6.14％，化合碳CC≥6.08％，游离碳含量 Cf≤0.04％，氧含量O≤0.15％，粉末微观表面形貌为类球形碳化钨粉末。
下面以多个实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1
一种超粗晶碳化钨粉末的制备方法，包括有以下步骤：
(1)原料选择：选用的原料为蓝色氧化钨，粒度50～55微米，过100 目筛，去除筛上物，Na和K含量小于5PPM，其余指标满足国标0级。
(2)氢气还原：将步骤(1)中的蓝色氧化钨进行氢气还原，经还原 后的得到的钨粉过150目筛网，取筛下物，所述钨粉粒度为50～55微米，研 磨态钨粉粒度为48～50微米，孔隙度0.550～0.650，氧含量小于500PPM， Na、K元素含量小于5PPM，其它技术指标需满足国标I级；采用全自动十五 管还原炉在通氢气氛下对蓝色氧化钨进行还原，氢气流向为逆氢，露点在 -30℃以下，流量控制在50m3/h，装舟量为1400g/舟，双层舟皿装料，料层 厚度不超过30mm，推舟速度为25min/舟，采用五带控温法，最高还原温度 控制在1050℃。
(3)粒度分级：将步骤(2)得到的钨粉在气流分级机中进行分级， 经分级后所得碳化所需的钨粉。
(4)配碳：将步骤(3)的钨粉进行配碳计算，配碳所用的炭黑为大 颗粒球形颗粒状炭黑，配碳计算需满足如下公式：
其中QC为炭黑的重量，XC为碳化钨粉的目标总碳含量(％)，QW为钨粉的 重量，XO2为钨粉中氧含量(％)；
所述的XC为目标产品碳化钨中的目标碳含量，目标碳含量为6.08％～ 6.15％的范围；所述XO2是指使用的钨粉原料中的氧含量，通过定氧仪测出的 实测值；
配料计算后即可得每批料所需的钨粉重量和炭黑重量，采用电子秤准 确称量相应的钨粉和炭黑重量，钨粉称量精度需高于0.1kG，炭黑称量精度 需高于0.5g，并将所称取的物料倒入犁刀配碳机中进行配合均匀；
所述的犁刀配碳机为容积2m3的配碳机，每次配碳的物料总重量控制在 2000kG，加料时先将50％钨粉加入设备中，再加入全部称量好的炭黑，最后 将剩余的钨粉全部加入，按要求启动设备进行混合50min后，从卸料口卸料 200kG并从加料口重新加入到配碳机中，再次启动设备混合30min，按此步 骤重复2次，确保配碳均匀，混合结束后按要求卸料，即得用于碳化使用的 W+C混合料。
将所述的W+C混合料通过自动装舟设备装入到碳化用的石墨半圆舟皿 中，装料重量为12kG/舟，采用二次装舟法进行装舟，即先往舟皿中加入半 舟皿的W+C混合料，采用压实机压紧，再在舟皿中加入W+C混合料，再次压 紧，盖上盖板。
(5)中频碳化：将所述装好舟皿的W+C混合料在卧式中频碳化炉中进 行碳化处理；碳化出炉后采用预碎机进行初破碎，破碎后即为碳化钨，颗 粒尺寸小于3mm，存放在不锈钢料桶中并在N2保护状态下保存；碳化过程中 采用纯度为99.95％以上的N2保护，流量为1.0m3/h，采用三带控温法，最高 碳化温度设定为1850℃，推舟速度为40min/舟。
(6)气流破碎：将步骤(5)所得的碳化钨颗粒采用流化床式气流破 碎设备进行破碎，破碎介质采用高纯高压N2，纯度大于99.95％，通过调整 分级轮的转速3000转/min控制碳化钨粉末的粒度，经破碎后既得碳化钨粉 末，基本特性为费氏粒度50～55微米，总碳CT：6.09～6.13％，化合碳CC≥ 6.08％；
(7)合批：将步骤(6)所得碳化钨粉末采用球磨机进行合批，合批 的目的是调整碳化钨粉末颗粒的微观表面形貌和松装密度，以增加碳化钨 粉末的使用性能，降低后续生产过程中的压制压力；球磨合批球料比为4： 1，采用直径为18mm的硬质合金球，合批时间为20min，合批后经140目筛网 过筛即得成品碳化钨粉末。
本发明还公开一种超粗晶碳化钨粉末，采用前述超粗晶碳化钨粉末的 制备方法制得，其粒度控制在48微米，孔隙度0.55，松装密度3.00g/cm3， 总碳CT：6.14％，化合碳CC≥6.08％，游离碳含量Cf≤0.04％，氧含量O≤0.15％， 粉末微观表面形貌为类球形碳化钨粉末。
实施例2：
一种超粗晶碳化钨粉末的制备方法，包括有以下步骤：
(1)原料选择：选用的原料为蓝色氧化钨，粒度50～55微米，过100 目筛，去除筛上物，Na和K含量小于5PPM，其余指标满足国标0级。
(2)氢气还原：将步骤(1)中的蓝色氧化钨进行氢气还原，经还原 后的得到的钨粉过150目筛网，取筛下物，所述钨粉粒度为50～55微米，研 磨态钨粉粒度为48～50微米，孔隙度0.550～0.650，氧含量小于500PPM， Na、K元素含量小于5PPM，其它技术指标需满足国标I级；采用全自动十五 管还原炉在通氢气氛下对蓝色氧化钨进行还原，氢气流向为逆氢，露点在 -30℃以下，流量控制在35m3/h，装舟量为800g/舟，双层舟皿装料，料层厚 度不超过30mm，推舟速度为15min/舟，采用五带控温法，最高还原温度控 制在900℃。
(3)粒度分级：将步骤(2)得到的钨粉在气流分级机中进行分级， 经分级后所得碳化所需的钨粉。
(4)配碳：将步骤(3)的钨粉进行配碳计算，配碳所用的炭黑为大 颗粒球形颗粒状炭黑，配碳计算需满足如下公式：
其中QC为炭黑的重量，XC为碳化钨粉的目标总碳含量(％)，QW为钨粉的 重量，XO2为钨粉中氧含量(％)；
所述的XC为目标产品碳化钨中的目标碳含量，目标碳含量为6.08％～ 6.15％的范围；所述XO2是指使用的钨粉原料中的氧含量，通过定氧仪测出的 实测值；
配料计算后即可得每批料所需的钨粉重量和炭黑重量，采用电子秤准 确称量相应的钨粉和炭黑重量，钨粉称量精度需高于0.1kG，炭黑称量精度 需高于0.5g，并将所称取的物料倒入犁刀配碳机中进行配合均匀；
所述的犁刀配碳机为容积2m3的配碳机，每次配碳的物料总重量控制在 1500kG，加料时先将50％钨粉加入设备中，再加入全部称量好的炭黑，最后 将剩余的钨粉全部加入，按要求启动设备进行混合20min后，从卸料口卸料 100kG并从加料口重新加入到配碳机中，再次启动设备混合20min，按此步 骤重复2次，确保配碳均匀，混合结束后按要求卸料，即得用于碳化使用的 W+C混合料。
将所述的W+C混合料通过自动装舟设备装入到碳化用的石墨半圆舟皿 中，装料重量为8kG/舟，采用二次装舟法进行装舟，即先往舟皿中加入半 舟皿的W+C混合料，采用压实机压紧，再在舟皿中加入W+C混合料，再次压 紧，盖上盖板。
(5)中频碳化：将所述装好舟皿的W+C混合料在卧式中频碳化炉中进 行碳化处理；碳化出炉后采用预碎机进行初破碎，破碎后即为碳化钨，颗 粒尺寸小于3mm，存放在不锈钢料桶中并在N2保护状态下保存；碳化过程中 采用纯度为99.95％以上的N2保护，流量为0.5m3/h，采用三带控温法，最高 碳化温度设定为1600℃，推舟速度为20min/舟。
(6)气流破碎：将步骤(5)所得的碳化钨颗粒采用流化床式气流破 碎设备进行破碎，破碎介质采用高纯高压N2，纯度大于99.95％，通过调整 分级轮的转速2000转/min控制碳化钨粉末的粒度，经破碎后既得碳化钨粉 末，基本特性为费氏粒度50～55微米，总碳CT：6.09～6.13％，化合碳CC≥ 6.08％；
(7)合批：将步骤(6)所得碳化钨粉末采用球磨机进行合批，合批 的目的是调整碳化钨粉末颗粒的微观表面形貌和松装密度，以增加碳化钨 粉末的使用性能，降低后续生产过程中的压制压力；球磨合批球料比为4： 1，采用直径为18mm的硬质合金球，合批时间为20min，合批后经140目筛网 过筛即得成品碳化钨粉末。
本发明还公开一种超粗晶碳化钨粉末，采用前述超粗晶碳化钨粉末的 制备方法制得，其粒度控制在46微米，孔隙度0.50，松装密度2.50g/cm3， 总碳CT：6.10％，化合碳CC≥6.08％，游离碳含量Cf≤0.04％，氧含量O≤0.15％， 粉末微观表面形貌为类球形碳化钨粉末。
实施例3：
一种超粗晶碳化钨粉末的制备方法，包括有以下步骤：
(1)原料选择：选用的原料为蓝色氧化钨，粒度50～55微米，过100 目筛，去除筛上物，Na和K含量小于5PPM，其余指标满足国标0级。
(2)氢气还原：将步骤(1)中的蓝色氧化钨进行氢气还原，经还原 后的得到的钨粉过150目筛网，取筛下物，所述钨粉粒度为50～55微米，研 磨态钨粉粒度为48～50微米，孔隙度0.550～0.650，氧含量小于500PPM， Na、K元素含量小于5PPM，其它技术指标需满足国标I级；采用全自动十五 管还原炉在通氢气氛下对蓝色氧化钨进行还原，氢气流向为逆氢，露点在 -30℃以下，流量控制在45m3/h，装舟量为1000g/舟，双层舟皿装料，料层 厚度不超过30mm，推舟速度为20min/舟，采用五带控温法，最高还原温度 控制在1000℃。
(3)粒度分级：将步骤(2)得到的钨粉在气流分级机中进行分级， 经分级后所得碳化所需的钨粉。
(4)配碳：将步骤(3)的钨粉进行配碳计算，配碳所用的炭黑为大 颗粒球形颗粒状炭黑，配碳计算需满足如下公式：
其中QC为炭黑的重量，XC为碳化钨粉的目标总碳含量(％)，QW为钨粉的 重量，XO2为钨粉中氧含量(％)；
所述的XC为目标产品碳化钨中的目标碳含量，目标碳含量为6.08％～ 6.15％的范围；所述XO2是指使用的钨粉原料中的氧含量，通过定氧仪测出的 实测值；
配料计算后即可得每批料所需的钨粉重量和炭黑重量，采用电子秤准 确称量相应的钨粉和炭黑重量，钨粉称量精度需高于0.1kG，炭黑称量精度 需高于0.5g，并将所称取的物料倒入犁刀配碳机中进行配合均匀；
所述的犁刀配碳机为容积2m3的配碳机，每次配碳的物料总重量控制在 1800kG，加料时先将50％钨粉加入设备中，再加入全部称量好的炭黑，最后 将剩余的钨粉全部加入，按要求启动设备进行混合35min后，从卸料口卸料 150kG并从加料口重新加入到配碳机中，再次启动设备混合25min，按此步 骤重复2次，确保配碳均匀，混合结束后按要求卸料，即得用于碳化使用的 W+C混合料。
将所述的W+C混合料通过自动装舟设备装入到碳化用的石墨半圆舟皿 中，装料重量为10kG/舟，采用二次装舟法进行装舟，即先往舟皿中加入半 舟皿的W+C混合料，采用压实机压紧，再在舟皿中加入W+C混合料，再次压 紧，盖上盖板。
(5)中频碳化：将所述装好舟皿的W+C混合料在卧式中频碳化炉中进 行碳化处理；碳化出炉后采用预碎机进行初破碎，破碎后即为碳化钨，颗 粒尺寸小于3mm，存放在不锈钢料桶中并在N2保护状态下保存；碳化过程中 采用纯度为99.95％以上的N2保护，流量为0.8m3/h，采用三带控温法，最高 碳化温度设定为1750℃，推舟速度为30min/舟。
(6)气流破碎：将步骤(5)所得的碳化钨颗粒采用流化床式气流破 碎设备进行破碎，破碎介质采用高纯高压N2，纯度大于99.95％，通过调整 分级轮的转速2500转/min控制碳化钨粉末的粒度，经破碎后既得碳化钨粉 末，基本特性为费氏粒度50～55微米，总碳CT：6.09～6.13％，化合碳CC≥ 6.08％；
(7)合批：将步骤(6)所得碳化钨粉末采用球磨机进行合批，合批 的目的是调整碳化钨粉末颗粒的微观表面形貌和松装密度，以增加碳化钨 粉末的使用性能，降低后续生产过程中的压制压力；球磨合批球料比为4： 1，采用直径为18mm的硬质合金球，合批时间为20min，合批后经140目筛网 过筛即得成品碳化钨粉末。
本发明还公开一种超粗晶碳化钨粉末，采用前述超粗晶碳化钨粉末的 制备方法制得，其粒度控制在47微米，孔隙度0.53，松装密度2.80g/cm3， 总碳CT：6.12％，化合碳CC≥6.08％，游离碳含量Cf≤0.04％，氧含量O≤0.15％， 粉末微观表面形貌为类球形碳化钨粉末。
本发明的设计重点是：1)采用蓝色氧化钨粉末原理并对其粒度和杂质 元素的含量如Na、K进行严格控制，确保还原和碳化过程中不出现异常长 大现象；2)采用H2还原确保钨粉的粒度控制和氧含量控制；3)采用气流 分级设备对钨粉进行分级，去除可能存在的较细和较粗的钨粉颗粒，确保 碳化的均匀性；4)采用犁刀配碳机进行配碳并进行循环混合，确保配碳过 程中炭黑与钨粉的均匀，使炭黑与钨粉充分接触；5)装舟过程中采用压舟 设备将舟皿中的W+C混合料压至一定的密度，使炭黑颗粒与钨粉颗粒紧密 结合，缩短碳化反应距离，同时充分利用碳化反应放热，提升碳化反应速 度，钨粉和炭黑压坯与烧结容器在碳化过程中无表面渗透，消除了在传统 碳化过程中的表面脏化现象，提升碳化钨耐磨品质；6)采用卧式中频碳化 炉进行碳化，使碳化温度更均匀，碳量控制更准确，碳化效果更一致；7) 采用流化床式气流破碎设备进行破碎可获得粒度均匀的碳化钨粉末；8)采 用球磨合批的方法对碳化钨粉末表面进行改性，改善粉末颗粒表面状态为 类球形，增大碳化钨粉末的松装密度，降低残余应力，提升耐磨性能。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解 释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基 于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本 发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超粗晶碳化钨粉末的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：
(1)原料选择：选用的原料为蓝色氧化钨，粒度50～55微米，过100目筛，去除筛上物，Na和K含量小于5PPM，其余指标满足国标0级；
(2)氢气还原：将步骤(1)中的蓝色氧化钨进行氢气还原，经还原后的得到的钨粉过150目筛网，取筛下物，所述钨粉粒度为50～55微米，研磨态钨粉粒度为48～50微米，孔隙度0.550～0.650，氧含量小于500PPM，Na、K元素含量小于5PPM，其它技术指标需满足国标I级；
(3)粒度分级：将步骤(2)得到的钨粉在气流分级机中进行分级，经分级后所得碳化所需的钨粉；
(4)配碳：将步骤(3)的钨粉进行配碳计算，配碳所用的炭黑为大颗粒球形颗粒状炭黑，配碳计算需满足如下公式：
其中QC为炭黑的重量，XC为碳化钨粉的目标总碳含量(％)，QW为钨粉的重量，XO2为钨粉中氧含量(％)；
所述的XC为目标产品碳化钨中的目标碳含量，目标碳含量为6.08％～6.15％的范围；所述XO2是指使用的钨粉原料中的氧含量，通过定氧仪测出的实测值；
配料计算后即可得每批料所需的钨粉重量和炭黑重量，采用电子秤准确称量相应的钨粉和炭黑重量，钨粉称量精度需高于0.1kG，炭黑称量精度需高于0.5g，并将所称取的物料倒入犁刀配碳机中进行配合均匀；
所述的犁刀配碳机为容积2m3的配碳机，每次配碳的物料总重量控制在1500～2000kG，加料时先将50％钨粉加入设备中，再加入全部称量好的炭黑，最后将剩余的钨粉全部加入，按要求启动设备进行混合20～50min后，从卸料口卸料100～200kG并从加料口重新加入到配碳机中，再次启动设备混合20～30min，按此步骤重复2次，确保配碳均匀，混合结束后按要求卸料，即得用于碳化使用的W+C混合料；
将所述的W+C混合料通过自动装舟设备装入到碳化用的石墨半圆舟皿中，装料重量为8～12kG/舟，采用二次装舟法进行装舟，即先往舟皿中加入半舟皿的W+C混合料，采用压实机压紧，再在舟皿中加入W+C混合料，再次压紧，盖上盖板；
(5)中频碳化：将所述装好舟皿的W+C混合料在卧式中频碳化炉中进行碳化处理；碳化出炉后采用预碎机进行初破碎，破碎后即为碳化钨，颗粒尺寸小于3mm，存放在不锈钢料桶中并在N2保护状态下保存；
(6)气流破碎：将步骤(5)所得的碳化钨颗粒采用流化床式气流破碎设备进行破碎，破碎介质采用高纯高压N2，纯度大于99.95％，通过调整分级轮的转速2000～3000转/min控制碳化钨粉末的粒度，经破碎后既得碳化钨粉末，基本特性为费氏粒度50～55微米，总碳CT：6.09～6.13％，化合碳CC≥6.08％；
(7)合批：将步骤(6)所得碳化钨粉末采用球磨机进行合批，合批的目的是调整碳化钨粉末颗粒的微观表面形貌和松装密度，以增加碳化钨粉末的使用性能，降低后续生产过程中的压制压力；球磨合批球料比为4：1，采用直径为18mm的硬质合金球，合批时间为20min，合批后经140目筛网过筛即得成品碳化钨粉末。
2.如权利要求1所述的超粗晶碳化钨粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用全自动十五管还原炉在通氢气氛下对蓝色氧化钨进行还原，氢气流向为逆氢，露点在-30℃以下，流量控制在35～50m3/h，装舟量为800～1400g/舟，双层舟皿装料，料层厚度不超过30mm，推舟速度为15～25min/舟，采用五带控温法，最高还原温度控制在900～1050℃。
3.如权利要求1所述的超粗晶碳化钨粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中碳化过程中采用纯度为99.95％以上的N2保护，流量为0.5～1.0m3/h，采用三带控温法，最高碳化温度设定为1600～1850℃，推舟速度为20～40min/舟。
4.一种超粗晶碳化钨粉末，其特征在于：采用如权利要求1-3任一项所述的超粗晶碳化钨粉末的制备方法制得，其粒度控制在46～48微米，孔隙度0.50～0.55，松装密度2.50～3.00g/cm3，总碳CT：6.10～6.14％，化合碳CC≥6.08％，游离碳含量Cf≤0.04％，氧含量O≤0.15％，粉末微观表面形貌为类球形碳化钨粉末。
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