两步碳化制备纳米WC粉末及其合金性能

研究了两步碳化工艺对氢还原/碳化制备的纳米WC粉末及其WC-Co合金性能的影响。结果表明,WC粉末的晶粒聚集和异常粗大颗粒主要是由于碳化初期钨颗粒因烧结合并增粗,而钨粉碳化不完全主要是由于碳化后期的温度偏低,利用先低温碳化后高温碳化的两步碳化工艺不仅能够有效抑制纳米颗粒烧结合并增粗,而且可以使钨粉充分碳化,得到颗粒细小、均匀,W2C含量极少的WC粉末;采用1120℃碳化加1180℃碳化的两步碳化工艺制备出的138 nm的WC粉末,W2C含量少于0.5%(质量分数),以其为原料制备的WC-Co烧结体显微组织结构均匀,为超细晶硬质合金,综合性能优良,洛氏硬度HRA高达93.7,抗弯强度高达4380 MPa。     

氧化钨的形貌结构对纳米WC粉末均匀性的影响

研究了在传统氢还原工艺制备纳米碳化钨粉末过程中不同氧化钨的形貌结构对纳米W/WC粉末均匀性的影响,并对粉末及其WC-Co烧结体的性能进行了表征。结果表明,用具有疏松、多孔形貌结构的细小氧化钨颗粒更容易制备出结构较疏松、分散性较好的纳米W粉和WC粉。晶粒聚集和异常粗大颗粒的产生,主要与碳化过程中团聚纳米钨粉颗粒因烧结合并增粗有关。     

钨粉碳化防粘涂料的研制

在生产粗颗粒WC粉时，因WC粘舟而引起舟皿非正常破损是比较常见的现象。本文对W粉碳化时WC粘舟原因进行了分析，介绍了一种既具有较好防粘效果，同时也对WC与合金性能无不良影响的W粉碳化防粘涂料。     

原料形貌特性和高温梯度碳化工艺对纳米WC粉末及其WC-Co合金均匀性的影响

采用不同氧化钨原料,通过氢还原、高温碳化工艺制备纳米W、WC粉末,研究了氧化钨形貌特性对纳米W、WC粉体形貌、均匀性的影响。择优选取了高比表面特制蓝钨(SBTO),并结合新型高温梯度碳化工艺制备了纳米碳化钨粉末,研究了新型高温梯度碳化工艺对纳米WC粉体特性及超细晶WC-Co硬质合金性能的影响。通过比表面测定仪、费氏粒度仪、定碳仪测定了粉体的比表面、粒度、总碳等,用扫描电镜(SEM)观察了粉末的形貌和合金的显微组织,同时按WC-Co硬质合金相关测试标准对烧结试样的性能进行了检测、分析。结果表明,颗粒均匀、比表面积大,具有疏松、多空隙形貌结构的氧化钨粉末,利于制备出颗粒均匀、分散性好的纳米W粉和WC粉;晶粒聚集和异常粗大颗粒的产生,与碳化过程中团聚纳米钨粉颗粒因烧结合并增粗有关,而高温梯度碳化能有效抑制此类现象的发生;采用特制蓝钨(SBTO)和高温梯度碳化工艺的良好结合,可以制备出具有均匀组织结构的高性能超细晶WC-Co硬质合金。     

电溶WC的重碳化处理工艺研究

通过对电溶WC粉重碳化前后粉末化学成分的变化及其制取的WC-8%Co合金物理机械性能及金相组织结构的对比研究,证示重碳化后电溶WC粉中的杂质含量大为降低,氧含量由0.21%下降至0.074%,Mg、Cd、Ca、Na等均呈数量级的下降。WC颗粒比碳化之前要明显地长粗,生产的合金的密度比普通电溶WC制取的合金要高,孔隙度明显降低,宏观孔洞消除,抗弯强度提高达14%。     

以蓝钨为原料制取的粗颗粒W粉、WC粉特性的研究

本文从粉末粒度分布、微观结构以及对合金性能的影响等三方面探讨了以蓝钨为原料制取用颗粒W粉、WC粉的特性。结果表明，从W粉、WC粉的粒度分布曲线来看，蓝钨原料与黄钨原料没有什么本质区别，要制取粒度分布比较平坦、没有尖峰的粗颗粒W粉和粒度分布曲线不出现双峰的粗颗粒WC粉不能靠选择原料种类来解决；用扫描电镜观察W粉、WC粉的微观形貌时发现，用黄钨为原料制的W粉、WC粉颗粒表面存在明显微孔，而这一现象在以蓝钨为原料制得的W粉、WC粉中没有发现；与黄钨相比，以蓝钨为原料制得的WC－Co、WC－Co－Ni硬质合金具有较好的综合性能。     

W粉球磨时间对W粉、WC粉及其制备的合金性能的影响

本文通过对粗、细两种W粉进行球磨,研究不同球磨时间下W粉粒度、形貌及亚晶尺寸的变化,再制备成WC及合金,观察其对WC及合金性能的影响。试验结果表明:随着W粉球磨时间的延长,细W粉中的团粒和粗W粉的聚集体先破碎或分离,随后钨晶粒在球的冲击下发生变形,特别是粗大钨晶粒中形成许多位错、裂纹等缺陷,导致亚晶尺寸不断变小。球磨后钨晶粒中存在的位错和表面裂纹在碳化开始时可有效提高碳原子向W粉颗粒内部的扩散速率,但这种影响随碳化温度提高或碳化时间的延长而不断减弱。随着W粉球磨时间的延长,其合金的磁力值均呈增加,表明合金中WC的晶粒度不断减小,但晶粒度的变化幅度不大;球磨时间对合金其它性能没有明显影响。长时间球磨粗W粉中出现少量扁平的W粉颗粒,在其制备的WC粉中也能发现,这可能是粗晶合金的金相组织中长条状晶粒数量增加的原因。     

碳化温度及抑制剂的添加对超细WC性能的影响

将同一批超细钨粉,分成两组进行配炭,一组不添加抑制剂,另一组添加一定量Cr_3C_2和VC,分别将两组样品分成若干小样,在真空和氢气气氛中,采用不同温度进行碳化,分析不同WC样品粉末性能,并将1 200℃碳化的WC样品制备成钴含量为8%的硬质合金,比较合金性能及金相组织的差异。实验结果表明:在氢气气氛下,钨粉更易于碳化,碳化速度更快,WC的结晶更完整;碳化阶段添加抑制剂会抑制WC晶粒的长粗,但也抑制了WC晶粒生长的完整性;提高碳化温度可以改善WC的结晶完整性,WC的粒度也会随温度的升高而增大。氢气气氛碳化的WC制备成合金后晶粒度比真空碳化的WC粗,合金晶粒的均匀性更好,异常长粗的晶粒少;在碳化阶段添加抑制剂可以更好的抑制合金晶粒的长粗,同时也抑制了WC粉末晶粒结晶的完整性,从而导致合金在液相烧结阶段晶粒的异常长粗。     

特粗WC颗粒的制备方法研究

在研究当前国内外制备超粗WC粉末各种方法的基础上,提出了一种制备特粗WC颗粒的方法。使用由国产高纯单晶W颗粒破碎得到的Fsss>50μm的W颗粒进行高温碳化来制取特粗WC颗粒。采用扫描电镜(SEM)、电感耦合等离子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射(XRD)等分析测试手段,研究了W颗粒和WC颗粒的形貌、粒度,以及所制备WC的含碳量。结果表明,最终得到的WC颗粒大小分布均匀,化合碳含量高,游离碳含量很低,最大Fsss粒度可达到70μm以上。     

硬质合金高温处理回收工艺研究

通过对硬质合金高温处理工艺的研究 ,获得了 WC晶形完整、晶粒粗大的可用于制取粗晶硬质合金的合金粉末。利用高温处理回收物料制取的粗晶硬质合金 ,其性能和使用效果可达到甚至超过正常的粗晶硬质合金。     

粗晶碳化钨粒度对WC-Co合金晶粒度的影响

选用供应态分别为30μm和12μm的二种粗颗粒WC粉末,研究不同方法表征的粉末粒度与合金晶粒度的关系。结果表明:三种粉末粒度测定方法给出的结果都呈现粒度越粗合金的晶粒度也越粗的规律。粗颗粒WC的研磨态粒度与合金的晶粒度相当接近,金相法测得的12μmWC的晶粒分布与所制备的合金的晶粒度的一致性比30μmWC制备的合金要好。粗晶WC研磨态的Fsss粒度可以用于评价粗晶WC晶粒度,也可以预测WC-Co合金的晶粒度。     

Co掺杂对粗颗粒、特粗颗粒WC粉末粒度与微观形貌的影响

以粗颗粒与特粗颗粒W粉为原料,研究了Co掺杂对粗颗粒与特粗颗粒WC粉末粒度与微观形貌的影响。结果表明,Co掺杂有利于WC粉末Fsss的提高与游离碳的降低,有利于得到单晶WC粉末。当Co掺杂量为w(Co)=0.035%时,WC粉末颗粒与晶粒形貌发生巨大变化,WC晶粒的结晶完整性明显改善,呈现明显的生长台阶与生长平面,但特粗颗粒WC粉末颗粒形貌的规则度较粗颗粒WC粉末的低。当碳化温度由1900℃提高到2000℃后,Co掺杂特粗WC颗粒表面出现大量WC纳米颗粒依附物。     

钨粉分级在粗晶碳化钨粉生产中的应用

晶粒粗大且均匀的碳化钨粉一直是粗晶硬质合金制造者的迫切需要,本文通过对钨粉分级再碳化工艺的研究,有效解决粉末夹粗夹细现象,制造粗晶碳化钨粉。试验表明,此方法制造的粗晶合金结构均匀,性能优越。     

粗晶钨粉碳化过程中粒子间的烧结现象

采用Fsss粒度分别为9μm和21μm的两种钨粉在相同的工艺条件下进行高温碳化,利用扫描电子显微镜、金相显微镜等对样品进行了分析。结果表明,高温碳化过程中会发生粒子间的烧结,碳化温度越高,粒子间的烧结越厉害;钨粉粒度越细越容易烧结;粒度较小的钨粉高温碳化烧结后所得的WC晶粒尺寸虽然会明显增大,但是晶粒度的均匀性下降。     

蓝钨物理性能对钨粉和碳化钨粉性能的影响

仲钨酸铵(APT)对蓝钨性能影响较大,而蓝钨物理性能对钨粉和碳化钨粉的性能影响也较大,通过对APT煅烧前或煅烧后进行特殊处理优选蓝钨原料,可以制取优质碳化钨粉。     

粗颗粒碳化钨粉制取过程中的质量控制

对粗颗粒碳化钨粉制取过程中杂质含量和碳化质量的控制问题进行了探讨。指出 ,为了降低 W粉中的杂质含量 ,操作者在倒料之前一定要认真清除 W粉表面异物 ,不允许把 W粉筛上物强行擦碎过筛 ,并选用在 960℃的还原温度下性能较 Cr2 5Ni2 0更稳定的舟皿材质 ,以减少舟皿给 W粉带来的污染。此外 ,对生产场地的文明卫生也应引起足够的重视。为了提高粗颗粒碳化钨粉质量 ,宜采用加 Co、通 H2 碳化 ,且碳化温度不宜太高 ,不要超过 1 890℃。实验结果表明 ,如果氧化钨原料中存在含量偏高的、但在碳化温度下能大量挥发的某些杂质元素 ,通过工艺过程的严格控制 ,仍可生产出综合性能较好的合金。     

碳化钨粉分级对粉末特性与合金性能的影响

对市售16μmWC进行风力分级,得到了粗中细三种粒级的粉末,分析了原粉、分级粉的供应态和研磨态费氏粒度、粒度分布等特性,比较了用4种粉末制备的WC-10%Co的合金特性。结果表明:分级粉的均匀性都有改善;粗粉费氏粒度是细粉的2倍,研磨态粒度则相差很小;粉末的碳含量是随分级粉粒度变小而增高。4种粉末制备的合金的密度、硬度、磁力、钴磁差别不大,分级粉的抗弯强度则随着粒度变细而提高,Fsss供/Fsss研的值越小,合金强度越高,比值为3.1的细粉制备的合金的抗弯强度比其值为6.2的粗粉合金的抗弯强度提高29%,且金相组织中的WC和Co相最为均匀。     

影响多孔钨孔隙度的因素

研究了粉末粒度,压制压力及烧结温度等对多孔钨孔隙度的影响,结果表明,对同一粒度粉末压坯,孔隙随着压制压力的增大而减少;在相同压力下,粗粉压坯的孔隙度小于细粉压坯的孔隙度。当烧结温度和烧结时间相同时,细粉多孔钨的孔隙度要小于粗粉多孔钨的孔隙度,对同粒度粉末,压坯孔隙度随烧结温度升高而减小。