CN117758095A - 一种通过润湿坯料降低钨合金小件制品c含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，属于钨基合金烧结技术领域，包括以下具体步骤：S1、合金坯的制备，将待烧制的各合金粉末进行称重，然后混合制成合金坯；S2、合金坯的湿浸，使用喷淋或浸润的方式将合金坯带有一定量的水，进行浸润后迅速取出；S3、合金坯的烧结，将湿润的合金坯通过马弗炉进行烧结；所述烧结气氛为氨分解气，本发明不仅操作简单，而且有效的降低了钨合金的碳含量。

Description

一种通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法

技术领域

本发明涉及钨基合金烧结技术领域，具体涉及一种通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法。

背景技术

钨合金是指在钨中添加Ni、Fe、Cu等金属元素形成的合金。对于尺寸较小的钨合金小件制品，根据产品要求需要经过混料、喷雾制粒、模压、脱胶、烧结以及烧结后处理等工艺流程。

C、S、O等元素（尤其是C）对合金产品性能有较大的影响。钨合金小件制品在烧结前需要进行混料、喷雾造粒、脱胶过程，在喷雾造粒过程中会引入C、S、O等元素，脱胶过程不充分或者烧结过程中炉膛杂质可能会影响产品烧结后的C、S、O含量，也会影响钨合金的性能。最终会降低产品利用率、合格率，给企业造成较大的经济损失。

通常情况下，对于钨合金小件制品中C、S、O等元素的含量有一定的要求。例如2022年550订单低温钨粒的要求C:0.0008, S:0.0008，O:0.05，在某次烧结后实际测量值为C:0.0012 ,S :0.0008，O:0.010，C含量超标，复测后为0.0009，仍未达标。若频繁出现C含量超标的问题将会影响产品交货周期、产品合格率，给企业造成经济损失。

现有解决方法多为使用高温或者电解法将碳元素除去，其缺点是高温发所消耗的能量过多，不能随着煅烧一次除去，电解法还需要额外的进行处理，步骤繁琐，因此行业内为了效率更高使用了碳氧化还原法，将金属中的碳元素通过氧化还原反应去除的合金脱炭方法。该方法通过控制氧化还原反应的条件，使残留的碳元素氧化，形成CO和CO₂而被去除。碳氧化还原法适用于高碳钢、铁、铸造合金等，具有去除效果好、操作简单等优点，但是在超底含量的合金烧结上效果并不好，且氧气或金属氧化物也会对合金本身的氧含量形成一定的增加。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，不仅操作简单，而且有效的降低了钨合金的碳含量。

本发明提供一种通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，包括以下具体步骤：

S1、合金坯的制备，将待烧制的各合金粉末进行称重，然后混合制成合金坯；

S2、合金坯的湿浸，使用喷淋或浸润的方式将合金坯带有一定量的水，进行浸润后迅速取出；

S3、合金坯的烧结，将湿润的合金坯通过马弗炉进行烧结；

所述烧结气氛为氨分解气。

本发明通过采用以上步骤，在烧结过程中向炉膛内通入氨分解气，以及合金坯表面的水在高温下与合金中的碳反应，在反应中利用马弗炉内的高温生成水蒸气，而马弗炉的环境使得水蒸气不会马上离开合金，在合金高温烧结过程中，水蒸气与合金坯中的碳在高温下发生氧化还原反应生成一氧化碳和氢气，反应产物随氨分解气排出，在具体实施的过程中发现这一操作能够有效的减少钨合金中碳元素的含量。

具体的，在浸润以及喷淋时，由于合金坯并未烧结完全，合金粉末间还存在着极小的缝隙，能够容纳水分子的浸入，并在烧结时由于水汽蒸发而保持的缝隙间的存在，便于高温下水蒸气与碳元素的反应，进而存在的缝隙也容许水蒸气与碳元素反应的副产物一氧化碳和氢气的排出，从而减少整体合金的碳含量，也不会增加氧元素的含量，并在后续烧结过程中，合金各相之间由于高温与自重会将缝隙填充，从而形成合格的工件。

进一步的，所述合金坯中钨元素的占比为90%-97%。

钨合金与氧气在高温下不易结合，减少其他金属与氧气的反应从而生成额外的氧化物。

进一步的，所述马弗炉为步进式马弗炉。

进一步的，所述烧结温度为1300-1600℃。

本发明结合上述温度后，能够使得水蒸气与碳元素之间发生反应，满足氧原子与氢原子的断裂，以及碳原子与氧原子的结合。

进一步的，所述推舟速度为6.35 mm/50 s。

进一步的，所述烧结气氛的压力为0.08-0.103MPa。

所述氨分解气的进气量为1-3m³/h。

通过使用上述压力与进气流量，能够显著的提高去除碳元素的效率，且能够及时的除去生成的一氧化碳，从而便于促进碳与水之间正向反应的发生。

进一步的，所述马弗炉内的氢气露点小于等于-50°。

综上所述，本申请具有以下有益技术效果：

1、本发明通过对合金坯使用浸湿手段与氨分解气气氛下烧结手段的组合，使得钨合金中的碳元素与水元素之间充分的反应，有效带走了合金中的碳，降低了合金的碳含量，有效改善了钨合金小件制品C含量偏高的问题，有助于改善小件制品的力学性能，并且能够提高提高产品合格率，在大批次的合金制备当中能够提高低碳合金产量的占比，因此减少了不合格合金的产生，能够节约大量的合金与能源。

2、本发明提高对烧结气氛压力与进气量的控制，有效的提高了对合金中碳元素的去除，将进气量控制在1-3m³/h可以有效的提高碳元素生成一氧化碳的速率，相对于过高或过低的进气量，能够保留水蒸气的同时加大水蒸气与碳的反应。

3、本发明操作简单，几乎不增加生产成本，效果较好，适于推广。

附图说明

图1为本发明的各个实施例与对比例的成品合金碳含量数据图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下将对本发明具体如何实施进行详尽清晰的解释，从而证明本申请具有上述有益效果；

首先本发明工艺所针对合金为钨合金，其中钨合金占比为90%以上。

本工艺的具体实施步骤如下：

S1、合金坯的制备，准备纯的钨合金粉末、镍合金粉末与铁合金粉末，按照成品合金的要求设计，确定相应的合金成分以及含量，然后将几种待烧制的各合金粉末进行称重，然后混合加少量石蜡粘合制成合金坯；

本步骤主要是规定了钨合金中的钨元素的含量，以此保证不会有过多的氧元素与金属元素结合从而造成氧元素超标

S2、合金坯的湿浸，使用喷淋或浸润的方式对合金坯进行湿润处理，稍微大一些的合金坯件，将合金坯放置在网格上，然后通过直上直下的浸泡在水箱中，使得合金坯完全位于液面以下即可，进行浸润后迅速取出，对于很小的合金件，使用喷壶进行喷涂，使得合金坯表面完全湿润即可；

本步骤是本发明的关键手段，通过对合金坯的表面以及缝隙之间进行水的完全接触与湿润，从而在后续烧结的高温下有足够的水蒸气与合金内的碳元素进行反应，且不会由于合金相之间的粘连使得水蒸气无法与碳元素接触。

S3、合金坯的烧结，将湿润的合金坯通过马弗炉进行烧结，马弗炉选用步进式马弗炉，向马弗炉中通入烧结气氛，烧结气氛为氨分解气；烧结温度为1300-1600℃，马弗炉内的推舟速度为6.35 mm/50 s；烧结气氛的压力为0.08-0.103MPa；氨分解气的进气量为1-3m³/h。

本步骤严格规定了在何种范围进行烧结，且由于水在高温下蒸发，会随着氨分解气的排出从而减少含量，因此为了能够更有效的去除钨合金中的碳元素，使得氨分解气的进气量不会影响碳元素的去除，对此作出了多次实验进行了精准测试，氨分解气中的氢气可以与一氧化碳反应生成二氧化碳和水蒸气。因此，加入氨分解气可能会增加反向水煤气变换反应的速率和产物生成量，使得合金坯的碳元素持续的减少。

以下通过更为细致的严格规定，各个步骤中成分比例、温度、推舟速度、烧结气氛的压力和进气量等变量，来制备出相应的钨合金并进行测量其碳含量。

实施例一

本实施例通过对90%钨元素占比钨合金进行润湿处理并烧结，以此得到钨合金，并对钨合金的碳含量进行检测，具体实施步骤如下：

S1、按照钨粉、镍粉和铁粉分别是90%、7%和3%的比例称量原材料，将钨粉、镍粉和铁粉混合后添加少量石蜡形成能够定性的合金坯，本实施例的合金坯为Φ10mm×10mm（直径×长度）的钨镍铁合金模压件；

S2、准备一个铁丝网格，将钨镍铁合金模压件放置在铁丝网格上方，然后垂直缓慢的将钨镍铁合金模压件浸没在纯净水中，当水面没过钨镍铁合金模压件最高端时，提起铁丝网格，将钨镍铁合金模压件置于步进式马弗炉内；

S3、启动步进式马弗炉，并向步进式马弗炉内通入氨分解气，并人为控制氨分解气的进气管道压力为0.09MPa，马弗炉内的推舟速度为6.35 mm/50 s，氨分解气的进气量为2m³/h，且烧结温度设置为1460℃。

烧结完毕后进行冷却的冷却水温为50℃。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于对不同占比的钨合金进行润湿处理，并进行检测碳含量，具体实施步骤如下：

S1、按照钨粉、镍粉和铁粉分别是93%、4.7%和2.3%的比例称量原材料，将钨粉、镍粉和铁粉混合后添加少量石蜡形成能够定性的合金坯，本实施例的合金坯为Φ10mm×10mm（直径×长度）的钨镍铁合金模压件；

S2、准备一个铁丝网格，将钨镍铁合金模压件放置在铁丝网格上方，然后垂直缓慢的将钨镍铁合金模压件浸没在纯净水中，当水面没过钨镍铁合金模压件最高端时，提起铁丝网格，将钨镍铁合金模压件置于步进式马弗炉内；

S3、启动步进式马弗炉，并向步进式马弗炉内通入氨分解气，并人为控制氨分解气的进气管道压力为0.09MPa，马弗炉内的推舟速度为6.35 mm/50 s，氨分解气的进气量为2m³/h，且烧结温度设置为1460℃。

烧结完毕后进行冷却的冷却水温为50℃。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于对不同占比的钨合金进行润湿处理，并进行检测碳含量，具体实施步骤如下：

S1、按照钨粉、镍粉和铁粉分别是95%、3.5%和1.5%的比例称量原材料，将钨粉、镍粉和铁粉混合后添加少量石蜡形成能够定性的合金坯，本实施例的合金坯为Φ10mm×10mm（直径×长度）的钨镍铁合金模压件；

S2、准备一个铁丝网格，将钨镍铁合金模压件放置在铁丝网格上方，然后垂直缓慢的将钨镍铁合金模压件浸没在纯净水中，当水面没过钨镍铁合金模压件最高端时，提起铁丝网格，将钨镍铁合金模压件置于步进式马弗炉内；

S3、启动步进式马弗炉，并向步进式马弗炉内通入氨分解气，并人为控制氨分解气的进气管道压力为0.09MPa，马弗炉内的推舟速度为6.35 mm/50 s，氨分解气的进气量为2m³/h，且烧结温度设置为1460℃。

烧结完毕后进行冷却的冷却水温为50℃。

实施例四

本实施例与实施例一的区别在于对不同占比的钨合金进行润湿处理，并进行检测碳含量，具体实施步骤如下：

S1、按照钨粉、镍粉和铁粉分别是97%、2%和1%的比例称量原材料，将钨粉、镍粉和铁粉混合后添加少量石蜡形成能够定性的合金坯，本实施例的合金坯为Φ10mm×10mm（直径×长度）的钨镍铁合金模压件；

S2、准备一个铁丝网格，将钨镍铁合金模压件放置在铁丝网格上方，然后垂直缓慢的将钨镍铁合金模压件浸没在纯净水中，当水面没过钨镍铁合金模压件最高端时，提起铁丝网格，将钨镍铁合金模压件置于步进式马弗炉内；

S3、启动步进式马弗炉，并向步进式马弗炉内通入氨分解气，并人为控制氨分解气的进气管道压力为0.09MPa，马弗炉内的推舟速度为6.35 mm/50 s，氨分解气的进气量为2m³/h，且烧结温度设置为1460℃。

烧结完毕后进行冷却的冷却水温为50℃。

实施例五

本实施例与实施例一的不同之处在于改变了S3中不仅是马弗炉内的氨分解气进气压力以及进气量，具体改变如下：

S3、启动步进式马弗炉，并向步进式马弗炉内通入氨分解气，并人为控制氨分解气的进气管道压力为0.08MPa，马弗炉内的推舟速度为6.35 mm/50 s，氨分解气的进气量为1.0m³/h，且烧结温度设置为1460℃。

实施例六

本实施例与实施例一的不同之处在于改变了S3中不仅是马弗炉内的氨分解气进气压力以及进气量，具体改变如下：

S3、启动步进式马弗炉，并向步进式马弗炉内通入氨分解气，并人为控制氨分解气的进气管道压力为0.10MPa，马弗炉内的推舟速度为6.35 mm/50 s，氨分解气的进气量为3.0m³/h，且烧结温度设置为1460℃。

对比例一

本对比例与实施例一的不同之处在于对合金坯不进行润湿处理，并经过烧结后对合金件进行碳含量检测。

对比例二

本对比例与实施例五的不同之处在于对合金坯不进行润湿处理，并经过烧结后对合金件进行碳含量检测。

对比例三

本对比例与实施例六的不同之处在于对合金坯不进行润湿处理，并经过烧结后对合金件进行碳含量检测。

对比例四

本对比例与实施例一的不同之处在于不使用氨分解气的气氛进行烧结，而是采用纯氮气进行烧结。

对比例五

本对比例与实施例一的不同之处在与使用低于0.08MPa的进气管道压力，并将排气量控制在1.0m³/h以下，具体改变如下：

S3、启动步进式马弗炉，并向步进式马弗炉内通入氨分解气，并人为控制氨分解气的进气管道压力为0.05MPa，马弗炉内的推舟速度为6.35 mm/50 s，氨分解气的进气量为0.75m³/h，且烧结温度设置为1460℃。

对比例六

本对比例与实施例一的不同之处在与使用高于0.103MPa的进气管道压力，并将排气量控制在3.0m³/h以上，具体改变如下：

S3、启动步进式马弗炉，并向步进式马弗炉内通入氨分解气，并人为控制氨分解气的进气管道压力为0.12MPa，马弗炉内的推舟速度为6.35 mm/50 s，氨分解气的进气量为4m³/h，且烧结温度设置为1460℃。

实验与数据

对以上各个实施例于对比例的合金坯进行碳含量检测，如图1所示。

分析

通过图1中的数据可知，通过使用本发明的手段，由实施例一至实施例四可知，能够有效的降低钨合金的碳含量，达到了碳含量要求低于0.0008的要求，在氨分解气与水蒸气的作用下能够有效的去除碳元素的存在。

通过实施例一、实施例四和实施例五可以得知，本发明在一定的氨分解气压力以及进气量的情况下，能够达到低碳含量的合金要求，是因为在本发明范围内，既能满足对烧结气氛时氢气的供给，还能够有效及时的带走碳的气态物质，从而使得碳与水蒸气高温下反应的正向进行，且通气量也不会带走大量水蒸汽从而影响反应进行。

通过实施例一、五、六与对比例一、二、三可以清晰地得知，缺少谁的润湿，严重影响的合金的碳含量降低，原因在于，不仅没有水蒸气与碳的反应，而且合金坯内部在高温影响下，直接融合，使得碳元素无法形成气态物从而除去，且氨分解气也无法促进反应的正向发生，导致碳元素含量过高。

通过实施例一与对比例四可知，在缺乏还原性气体的纯氮气气氛下虽然能够降低合金中的碳含量，但是降低的量却没有实施例一的多，因为氨分解气中的氢气可以与一氧化碳反应生成二氧化碳和水蒸气，因此变相的增加了水蒸气反应物的量，减少了一氧化碳产物的量，使得反应正向进行，从而能够出去更多的碳。

通过实施例一与对比例五和对比例六可知，过少与过多的的氨分解气使得碳元素的去除效率变低，并不能够使得碳元素的含量降低至合格水平，因为过少的氨分解气，使得马弗炉内积攒了过多的一氧化碳，从而使得水蒸气与碳元素反应生成一氧化碳的反应受到抑制，因此碳含量过高；而过多的氨分解气进气量同时也伴随着高排气量，从而使得气态的水蒸气不能及时的与合金坯中的碳反应，进而不能有效及时的去除碳元素。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1、合金坯的制备，将待烧制的各合金粉末进行称重，然后混合制成合金坯；

S2、合金坯的湿浸，使用喷淋或浸润的方式将合金坯带有一定量的水，进行浸润后迅速取出；

S3、合金坯的烧结，将湿润的合金坯通过马弗炉进行烧结；

所述烧结气氛为氨分解气。

2.如权利要求1所述的通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，其特征在于：所述合金坯中钨元素的占比为90%-97%。

3.如权利要求1所述的通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，其特征在于：所述马弗炉为步进式马弗炉。

4.如权利要求1所述的通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，其特征在于：所述烧结温度为1300-1600℃。

5.如权利要求1所述的通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，其特征在于：所述推舟速度为6.35 mm/50 s。

6.如权利要求1所述的通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，其特征在于：所述烧结气氛的压力为0.08-0.103MPa。

7.所述氨分解气的进气量为1-3m³/h。

8.如权利要求1所述的通过润湿坯料降低钨合金小件制品C含量的方法，其特征在于：所述马弗炉内的氢气露点小于等于-50°。