專利名稱：一種球形鑄造碳化鎢粉末的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種球形鑄造碳化鎢粉末的制備方法，屬于粉末冶金材料、硬面材料與表面工程領域。
背景技術：
硬面技術對促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、構建節(jié)約型社會具有重要意義。應用硬面技術在金屬/合金表面形成硬質(zhì)耐磨層可顯著提高工件壽命、節(jié)約資源。因具有高硬度、高耐磨性、耐腐蝕等特點，鑄造碳化鎢是一種應用最廣的硬面原材料。鑄造碳化鎢表面形貌、微觀組織結構、粒度等對其應用效果具有決定性的影響。對傳統(tǒng)鑄造碳化鎢粉末進行球化_快冷后續(xù)處理可顯著改善含鑄造碳化鎢硬面層材料的韌性，實現(xiàn)硬面層材料高耐磨性與高韌性的最佳組合。目前國際上最具代表性的、能大規(guī)模制備球形鑄造碳化鎢粉末的公司是加拿大Tekna公司。該公司采用等離子高溫技術制備球形鑄造碳化鎢粉末，因采用大流量的 Ar氣作為等離子載體與保護氣氛，生產(chǎn)成本相對較高。關于球形鑄造碳化鎢粉末的制備方法國內(nèi)外均有報道。球形鑄造碳化鎢粉末的制備方法主要分為3類，即以Tekna公司為代表的等離子高溫技術；以湖南省頂立新材料工程中心有限公司和自貢硬質(zhì)合金有限責任公司為代表的熔液直接霧化成形技術(CN1486806， 采用霧化成形生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢粉的裝置，2004. 04. 07 ；CN1488463，霧化成形生產(chǎn)球狀鑄造碳化鎢粉的方法，2004. 04. 14)；以株洲華揚科技有限公司和Woka Schweisstechnik GmbH為代表的高溫電弧熔煉離心快冷技術(CN2714579，一種球狀非晶材料制備設備， 2005. 08. 03 ；美國專利 5089182, Process of manufacturing cast tungsten carbide spheres,1992. 02. 18)。上述球形鑄造碳化鎢的制備方法存在耗氣量較大，成球過程中由于受氣流強力沖擊粉末球形度控制穩(wěn)定性較差等問題。此外，上述技術還存在球化粉末粒度分布較寬、粒度分布可控性相對較差、制備工藝穩(wěn)定性欠佳、產(chǎn)能較低、設備維護成本較高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克明上述缺陷，提供一種在2900 3150°C高溫下瞬間融化、快冷成球、一次性成球、高產(chǎn)率、低能耗、物料無需返回再處理的球形鑄造碳化鎢粉末的制備方法。本發(fā)明的技術方案一種球形鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于該方法包括配料和球化處理，其工藝步驟如下A、配料采用原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末為原料，該原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末粒度等級包括-20+40 目、-40+60 目、-60+80 目、-80+120 目、-120+200 目、-200+400 目；B、球化處理采用立式多通道超高溫感應加熱連續(xù)球化爐制備球形鑄造碳化鎢粉末，該球化爐是采用發(fā)熱體與多個載料通道合二為一的立式多通道結構，將需要球化的原料以自由落體方式下落并進入載料通道，在經(jīng)過多通道發(fā)熱體時被瞬間加熱到融化或熔融狀態(tài)后繼續(xù)下落，經(jīng)置于多通道發(fā)熱體下方的夾層水冷套內(nèi)的水冷旋轉(zhuǎn)甩盤和夾層水冷套內(nèi)壁快速冷卻并形成球形狀鑄造碳化鎢粉末；該球化爐內(nèi)的載料通道數(shù)為兩個以上，優(yōu)先采用3個或5個載料通道數(shù)；載料通道均熱區(qū)長度為1. 5 2. 2m，優(yōu)先采用1. 6 2. Om ；每個載料通道管徑50 90mm，優(yōu)先采用60 80mm ；每個載料通道進料量為15 22kg/h ； 鑄造碳化鎢原料在該球化爐內(nèi)的各載料通道內(nèi)的運動方式為自由落體方式，在下落過程中物料與載料通道為非接觸方式；球化爐總加熱功率為130 170kw，球化處理溫度為2900 3150°C ；該球化爐內(nèi)保護氣體N2流量為40 70L/min ；
水冷旋轉(zhuǎn)甩盤轉(zhuǎn)速為150 1500rpm之間，優(yōu)先采用1000 1200rpm。本制備方法中，碳化鎢原料在各載料通道內(nèi)的運動方式為自由落體方式；在下落過程中，碳化鎢物料與載料通道為非接觸方式；碳化鎢物料在載料通道內(nèi)瞬間融化、快冷成球；采用感應加熱方法，實現(xiàn)2900 3150°C的超高溫；采用多物料載料通道實現(xiàn)高產(chǎn)能； 通過碳化鎢物料流量的調(diào)控與物料自由落體自約束收縮球化方式，實現(xiàn)對粉末球形度的有效調(diào)控；通過傳統(tǒng)(原始態(tài))鑄造碳化鎢粉末粒度等級的選擇、載料通道管徑與球化處理溫度的聯(lián)合調(diào)控，實現(xiàn)對球形鑄造碳化鎢粒度等級的有效調(diào)控；通過傳統(tǒng)鑄造碳化鎢粉末總碳含量的選擇以及碳化鎢物料自由落體、與載料通道以非接觸方式，實現(xiàn)對球形鑄造碳化鎢粉末總碳與游離碳的有效調(diào)控；通過傳統(tǒng)(原始態(tài))鑄造碳化鎢粉末總碳含量的選擇與冷卻速度的調(diào)控，實現(xiàn)對球形鑄造碳化鎢微觀組織結構特征與物理力學性能的有效調(diào)控； 由于采用多載料通道與物料自由落體自約束收縮球化方式，無需載流氣氛、僅需保護氣氛， 可顯著節(jié)省保護性氣體的用量、減少氣體排放；選用廉價N2作為保護氣體，可顯著降低生產(chǎn)成本；通過加熱功率的調(diào)控、載料通道均熱區(qū)長度的調(diào)控、通道管徑的調(diào)控以及通道數(shù)量的調(diào)控，適應不通粒級粉末的球化，同時實現(xiàn)高產(chǎn)、節(jié)能減排、降低生產(chǎn)成本的目標。本制備方法具有一次性成球、物料無需返回再處理、粉末實收率>95%、高產(chǎn)率、低能耗等特點。同時，本制備方法不限于球形鑄造碳化鎢粉末的制備，還可用于銅粉、不銹鋼粉等金屬粉末的制備。本方法制備的球形鑄造碳化鎢粉末具有以下特征高球形度、成球率> 95%、流動性< 7. 0s/50g、松裝密度> 9. 5g/cm3、顯微硬度HV0. 05 > 2750kgf/mm2、針狀共晶組織> 90%，粒度等級包括-20+40 目、-40+60 目、-60+80 目、-80+120 目、-200+400 目等。


圖1是粉末粒度為-80+120目原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末的掃描電鏡照片(100X)；圖2是-80+120目球形鑄造碳化鎢粉末的掃描電鏡照片(100X)；圖3是-80+120目球形鑄造碳化鎢粉末的掃描電鏡照片(500X)；圖4是-20+40目球形鑄造碳化鎢粉末拋光截面的金相組織照片；圖5是-150+200目球形鑄造碳化鎢粉末拋光截面共晶組織的掃描電鏡照片 (5000X)ο
具體實施例方式一種球形鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于該方法包括配料和球化處理， 其工藝步驟如下A、配料采用原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末為原料，該原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末粒度等級包括-20+40 目、-40+60 目、-60+80 目、-80+120 目、-120+200 目、-200+400 目； B、球化處理采用立式多通道超高溫感應加熱連續(xù)球化爐(中國專利 201020127656. 7)制備球形鑄造碳化鎢粉末，該球化爐是采用發(fā)熱體與多個載料通道合二為一的立式多通道結構，將需要球化的原料以自由落體方式下落并進入載料通道，在經(jīng)過多通道發(fā)熱體時被瞬間加熱到融化或熔融狀態(tài)后繼續(xù)下落，經(jīng)置于多通道發(fā)熱體下方的夾層水冷套內(nèi)的水冷旋轉(zhuǎn)甩盤和夾層水冷套內(nèi)壁快速冷卻并形成球形狀鑄造碳化鎢粉末；該球化爐內(nèi)的載料通道數(shù)為兩個以上，優(yōu)先采用3個或5個載料通道數(shù)；載料通道均熱區(qū)長度為1. 5 2. 2m，優(yōu)先采用1. 6 2. Om ；載料通道管徑50 90mm，優(yōu)先采用60 80mm ；每個載料通道進料量為15 22kg/h ；鑄造碳化鎢原料在該球化爐內(nèi)的各載料通道內(nèi)的運動方式為自由落體方式，在下落過程中物料與載料通道為非接觸方式；球化爐總加熱功率為130 170kw，球化處理溫度為2900 3150°C ；該球化爐內(nèi)保護氣體N2流量為40 70L/min ；水冷旋轉(zhuǎn)甩盤轉(zhuǎn)速為150 1500rpm之間，優(yōu)先采用1000 1200rpm。下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1 采用原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末為原料，粉末粒度為-80+120目、松裝密度為7. 02g/ cm3、流動性為10. 74s/50g、總碳為3. 94%、游離碳為0. 076%。原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末的掃描電鏡照片見圖1。球化處理工藝如下球化爐總加熱功率為160kw，物料載料通道為5個， 載料通道均熱區(qū)長1. 8m，載料通道管徑70mm，單根載料通道進料量為18kg/h，球化處理溫度為3000士50°C，球化爐內(nèi)N2流量為60L/min，冷卻盤轉(zhuǎn)速為lOOOrpm。球化處理后粉末的實收率為98. 5%、粒度等級為-80+120目、球形鑄造碳化鎢粉末成球率接近98%、松裝密度為10. 04g/cm3、流動性為5. 5s/50g、總碳為3. 99%，游離碳為0. 066%、顯微硬度HV0. 05為 2980kgf/mm2、針狀共晶組織> 90%。球化處理后得到的球形鑄造碳化鎢粉末的掃描電鏡照片見圖2與圖3。實施例2 采用原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末為原料，粉末粒度為-20+40目、松裝密度為7. 97g/ cm3、流動性為9. 54s/50g、總碳為3. 96%、游離碳為0. 077%。球化處理工藝如下球化爐總加熱功率為140kw，物料載料通道為3個，載料通道均熱區(qū)長2. Om,載料通道管徑60mm，單根載料通道進料量為20kg/h，球化處理溫度為3100士50°C，球化爐內(nèi)N2流量為40L/min，冷卻盤轉(zhuǎn)速為1200rpm。球化處理后粉末的實收率為99. 0%、粒度等級為-20+40目、球形鑄造碳化鎢粉末成球率接近96%、松裝密度為11. 12g/cm3、流動性為4. 8s/50g、總碳為3. 98%， 游離碳為0. 068%、顯微硬度HV0. 05為2810kgf/mm2、針狀共晶組織> 90%。球化處理后得到的球形鑄造碳化鎢粉末拋光截面的金相組織照片見圖4。
實施例3 采用原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末為原料，粉末粒度為-150+200目、松裝密度為6. 89g/ cm3、流動性為11. 05s/50g、總碳為3. 95%、游離碳為0. 070%。球化處理工藝如下球化爐總加熱功率為155kw，物料載料通道為5個，載料通道均熱區(qū)長1. 6m，載料通道管徑80mm， 單根載料通道進料量為17kg/h，球化處理溫度為2950士50°C，球化爐內(nèi)N2流量為65L/min， 冷卻盤轉(zhuǎn) 速為llOOrpm。球化處理后粉末的實收率為98. 0%、粒度等級為-150+200目、球形鑄造碳化鎢粉末成球率接近96%、松裝密度為9. 80g/cm3、流動性為6. 0s/50g、總碳為 3. 98%，游離碳為0. 065%、顯微硬度HVO. 05為3008kgf/mm2、針狀共晶組織> 90%。球化處理后得到的球形鑄造碳化鎢粉末拋光截面共晶組織的掃描電鏡照片見圖4。
權利要求
1. 一種球形鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于該方法包括配料和球化處理，其工藝步驟如下A、配料采用原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末為原料，該原始態(tài)鑄造碳化鎢粉末粒度等級包括-20+40 目、-40+60 目、-60+80 目、-80+120 目、-120+200 目、-200+400 目；B、球化處理采用立式多通道超高溫感應加熱連續(xù)球化爐制備球形鑄造碳化鎢粉末， 該球化爐是采用發(fā)熱體與多個載料通道合二為一的立式多通道結構，將需要球化的原料以自由落體方式下落并進入載料通道，在經(jīng)過多通道發(fā)熱體時被瞬間加熱到融化或熔融狀態(tài)后繼續(xù)下落，經(jīng)置于多通道發(fā)熱體下方的夾層水冷套內(nèi)的水冷旋轉(zhuǎn)甩盤和夾層水冷套內(nèi)壁快速冷卻并形成球形狀鑄造碳化鎢粉末；該球化爐內(nèi)的載料通道數(shù)為兩個以上，優(yōu)先采用3個或5個載料通道數(shù)；載料通道均熱區(qū)長度為1. 5 2. 2m,優(yōu)先采用1. 6 2. Om ；載料通道管徑50 90mm，優(yōu)先采用60 80mm ；每個載料通道進料量為15 22kg/h ； 鑄造碳化鎢原料在該球化爐內(nèi)的各載料通道內(nèi)的運動方式為自由落體方式，在下落過程中物料與載料通道為非接觸方式；球化爐總加熱功率為130 170kw，球化處理溫度為四00 3150°C ； 該球化爐內(nèi)保護氣體N2流量為40 70L/min ；水冷旋轉(zhuǎn)甩盤轉(zhuǎn)速為150 1500rpm之間，優(yōu)先采用1000 1200rpm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種球形鑄造碳化鎢粉末的制備方法，該方法采用傳統(tǒng)鑄造碳化鎢粉末為原料，生產(chǎn)設備為立式多通道超高溫感應加熱連續(xù)球化爐，碳化鎢物料在各載料通道內(nèi)的運動方式為自由落體，下落過程中物料與載料通道為非接觸方式；碳化鎢物料在載料通道內(nèi)于2900～3150℃高溫下瞬間融化、快冷成球。本發(fā)明方法具有一次性成球、物料無需返回再處理、粉末實收率＞95％、高產(chǎn)率、低能耗等特點。本發(fā)明方法制備的球形鑄造碳化鎢粉末具有以下特征高球形度、成球率＞95％、流動性＜7.0s/50g、松裝密度＞9.5g/cm3、顯微硬度HV0.05＞2750kgf/mm2、針狀共晶組織＞90％。
文檔編號C01B31/34GK102180466SQ20111007671
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權日2011年3月29日
發(fā)明者言偉雄 申請人:株洲弗拉德科技有限公司