WC-Al₄W预合金粉的生产方法

专利名称：WC-Al₄W预合金粉的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种WC-Al4W预合金粉的生产方法。
背景技术：
WC基硬质合金因具有高硬度、高耐磨性和良好的高温强度等特点，在金属切削、模具、采掘和耐磨零部件等领域得到越来越广泛的应用。但是WC基硬质合金的高温抗氧化性较差，在高温条件下的使用寿命较短。如果在合金中添加同样具有高硬度的Al4W相，则可以显著提高合金的抗氧化性，同时，由于Al4W相对WC基硬质合金的增韧作用，使得WC基硬质合金的延展性显著提高，且质轻。中国专利“一种 碳化钨铝硬质合金烧结体的生产方法”(公开号CN101748305A，
公开日2010年6月23日)，公开了一种碳化钨铝硬质合金的生产方法，该方法是采用机械合金化法先生产钨铝合金，再添加碳粉和钴粉，通过球磨、成型和烧结等工序，生产钨铝硬质合金。该方法采用机械合金化法生产钨铝合金，因而能耗高，不利于产业化；且生成的钨铝合金成分复杂，生产硬质合金时质量难以控制，性能不能保证。提高WC基硬质合金抗氧化性的另一种有效方法是，采用Ni3Al金属间化合物取代传统的钴作为WC基硬质合金的粘结相。Ni3Al金属间化合物在抗氧化、防渗碳和耐磨方面具有优越性。尤为突出的是，在800°C以下，Ni3Al强度随温度升高的幅度不是连续下降，而是先随温度的升高而升高，到达一定的值后再下降，即屈服强度在峰值温度以下具有正温度效应。由于Ni3Al金属间化合物具有较高的高温强度、蠕变抗力和高的比强度，且Ni3Al对WC、TiC的润湿性与钴相当，因此，以Ni3Al金属间化合物作为硬质合金粘结相，经增韧增强后，其性能能够达到WC-Co硬质合金的性能。生产Ni3Al粘结相硬质合金的一般方法是，先生产Ni3Al粉体，再添加硬质相，经球磨、成型和烧结等工序生产成合金，其中，生产成份单一、分散性好、粒度小的Ni3Al粉体是生产高质量Ni3Al粘结相硬质合金的关键。Ni3Al粉体的传统生产方法是，将铝粉和镍粉混合后，在非氧化性气氛中烧结，液相铝向固相镍扩散，进行固相反应，烧结后球磨得到Ni3Al粉体。由于此方法获得的Ni3Al粉体成分不是单一的Ni3Al相，还存在NiAl、Ni等其他相，粉末的氧含量也偏高，且烧结后料块难以球磨，导致粉末粒度粗，分散性差。

发明内容
本发明提供了一种WC-Al4W预合金粉的生产方法，为生产WC- Al4W基硬质合金提供了相成份简单、分散性好、质量稳定的粉体原料，并为生产Ni3Al金属间化合物粘结相硬质合金提供优质的反应前驱体；采用该预合金粉生产的WC- Al4W基硬质合金具有高硬度、高耐磨性和良好的高温强度，且高温抗氧化性好，延展性好，质轻，采用该预合金粉生产的Ni3Al易球磨，且得到的Ni3Al粉体成分单一，氧含量低，粒度小，分散性好。本发明提供的WC-Al4W预合金粉的生产方法，依次包括以下步骤
(I)将按质量百分比计75. 33% 92. 33%的钨粉、I. 85% 22. 24%的铝粉和2. 43% 5. 82%的炭黑球磨混合4h 6h,得球磨混合原料；(2)将步骤(I)所述的球磨混合原料采用碳化炉，在真空或压力不高于30KPa的非氧化性气氛下进行合成反应，合成温度1000°C 2200°C，保温时间Ih 10h，再在真空或压力不高于30KPa的非氧化性气氛下自然冷却，得合成产物；
(3)将步骤(2)所述的合成产物球磨4h 8h，过筛，得WC- Al4W预合金粉。作为本发明的进一步改进，步骤(I)中铝粉为雾化铝粉，炭黑为冶金级炭黑，钨粉平均粒度为O. 5 μ m 60 μ m，铝粉平均粒度小于100 μ m。本发明以鹤粉、招粉和炭黑为原料，在生广碳化鹤的配炭工序中加入招粉，一步实现WC和Al4W的合成，生产WC- Al4W预合金粉。反应方程式如下
W + C — WC4A1 + W — Al4W
由于铝的熔点较低(660°C)，合成过程中铝由于蒸发，会有质量损失，故根据合成温度、时间和反应原料中铝含量，铝粉过量适量，以保证反应转化完全。因此各反应原料投料百分比根据所需产物的各组分含量，按反应化学计量比，并使铝粉过量适量计算得到。本发明无需特殊设备，生产工序短，易于操作和质量控制，合成产物易于球磨，适合批量生产。产品质量稳定，相成份及含量可控，分散性好，氧及其它杂质含量低。采用本发明工艺生产的WC- Al4W预合金粉由40% 95% (质量百分比，以下同)的WC相和5% 60%的Al4W相组成，WC相的平均粒度I μ m 96 μ m，Al4W相的平均粒度O. 6 μ m 5 μ m。由于Al4W具有良好的高温抗氧化性、延展性，且质轻，用WC-Al4W预合金粉代替WC生产的硬质合金，既具有WC的高硬度、高耐磨性和良好的高温强度，同时又有良好的高温抗氧化性、延展性，且质轻；用WC-Al4W预合金粉代替铝粉合成Ni3Al,可以大大提高反应前铝的分散性，从而提高前驱体中铝与镍的接触面积，反应时铝的扩散行程缩短，避免了反应不完全或由于铝扩散行程过长而生成其它的镍铝化合物，因此最终反应产物只有WC和Ni3Al相；同时由于WC相的存在，使反应产物易于球磨，得到的Ni3Al相粉体粒度更细，分散性更好。


图I是本发明实施例2制备的WC-Al4W预合金粉的电子显微镜照片。图2是本发明实施例2制备的WC-Al4W预合金粉的粒度分布图。
具体实施例方式实施例I 将平均粒度为O. 5Mm、75. 34% (质量百分比，以下同)的钨粉、平均粒度为20 μ m、22. 23%的铝粉和2. 43%的炭黑球磨混合6h。将混合好的物料采用碳化炉在真空环境下进行WC及Al4W合成反应，反应温度1200°C，反应时间4h。合成产物在真空环境下冷却后，球磨4h，过筛，得40. 0%WC和60. 0%Al4ff的WC-Al4W预合金粉，产品数据见表I。实施例2 与实施例I不同的是，反应原料为平均粒度为4.0 μ m、87. 68%的钨粉、平均粒度为30 μ m、7. 42%的雾化铝粉和4. 90%的炭黑，球磨混合5h。反应及冷却气氛为5KPa还原气氛，反应温度1600°C，反应时间5h。合成产物球磨时间6h，得到80. 0%WC和20. 0%Al4ff的预合金粉，产品数据见表I。实施例3 与实施例I不同的是，反应原料为平均粒度为2. O μ m、89. 24%的钨粉、平均粒度为100 μ m、5. 56%的铝粉和5. 20%的冶金级炭黑，球磨混合6h。反应及冷却气氛为15KPa还原气氛，反应温度2200°C，反应时间lh。合成产物球磨时间8h，得到85. 0%WC和15. 0%Al4ff的预合金粉，产品数据见表I。实施例4 与实施例I不同的是，反应原料为平均粒度为10. O μ m、81. 52%的钨粉、平均粒度为15 μ m、14. 81%的雾化铝粉和3. 67%的冶金级炭黑，球磨混合5h。反应及冷却气氛为20KPa还原气氛，反应温度为1000°C，反应时间10h。得到60. 0%WC和40. 0%Al4ff的预合金粉，产品数据见表I。实施例5 与实施例I不同的是，反应原料为平均粒度为8. O μ m、92. 33%的钨粉、平均粒度为50 μ m、I. 85%的铝粉和5. 82%的炭黑，球磨混合4h。反应气氛为25KPa惰性气氛，反应温度1800°C，反应时间3h，冷却气氛为25KPa还原气氛。得到95. 0%WC和5. 0%Al4ff的预合金粉，产品数据见表I。实施例6 与实施例I不同的是，反应原料为平均粒度为60. O μ m、84. 60%的钨粉、平均粒度为90 μ m、11. 11%的铝粉和4. 29%的炭黑。反应及冷却气氛为30KPa还原气氛，反应温度2200°C，反应时间3h。合成产物球磨时间8h，得到70. 0%WC和30. 0%Al4ff的预合金粉，产品数据见表I。表I WC-Al4W预合金粉产品数据
权利要求
1.ー种WC-Al4W预合金粉的生产方法，包含以下步骤 (I)将反应物球磨混合4h 6h，得球磨混合原料，其中反应物各组分质量百分比如下钨粉 75. 33% 92. 33%,铝粉 I. 85% 22. 24%,炭黑 2. 43% 5. 82% ； (2)将步骤(I)所述的球磨混合原料采用碳化炉，在真空或压カ不高于30KPa的非氧化性气氛下进行合成反应，合成温度1000°C 2200°C，保温时间Ih 10h，再在真空或压力不高于30KPa的非氧化性气氛下自然冷却，得合成产物； (3)将步骤(2)所述的合成产物球磨4h 8h，过筛，得WC- Al4W预合金粉。
2.如权利要求I所述的ー种WC-Al4W预合金粉的生产方法，其特征在于步骤(I)所述的铝粉为雾化铝粉。
3.如权利要求I所述的ー种WC-Al4W预合金粉的生产方法，其特征在于步骤(I)所述的炭黑为冶金级炭黑。
4.如权利要求I所述的ー种WC-Al4W预合金粉的生产方法，其特征在于钨粉平均粒度为 0. 5 u m 60 u m。
5.如权利要求I或2所述的ー种WC-Al4W预合金粉的生产方法，其特征在于铝粉平均粒度小于100 ii m。
全文摘要
本发明提供了一种WC—Al4W预合金粉的生产方法，将按质量百分比计75.33%～92.33%的钨粉、1.85%～22.24%的铝粉和2.43%～5.82%的炭黑球磨混合后同时进行WC和Al4W的合成，合成产物球磨、过筛，得到WC—Al4W预合金粉。本发明工艺简单，能耗低，适合工业生产，得到按质量百分比计WC为40%～95%、Al4W为5%～60%的WC-Al4W预合金粉，预合金粉中WC相和Al4W相分散均匀，无异常粗大团粒，粉末杂质含量低。
文档编号B22F9/04GK102660707SQ201210187598
公开日2012年9月12日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者陆必志, 魏修宇, 龙坚战 申请人:株洲硬质合金集团有限公司