超细碳化钨制备关键技术及评价方法研究的新进展

从氧化钨原料、钨粉还原、碳化及评价方法等四个方面对超细WC制备关键技术进行综合评述。氧化钨原料的研究重点在于通过改善氧化钨的微观结构,从而提高超细钨粉的分散性和晶粒均匀性;在粒度可控的条件下提高钨粉晶粒生长的完整性,是超细钨粉还原过程最主要的研究方向;改善钨粉的分散性,提高钨粉与炭黑混合的均匀性及接触面积,提高超细碳化钨的结晶完整性并避免形成烧结团聚体是碳化阶段研究的重点;超细碳化钨团聚体微观缺陷分析、EBSD测量超细碳化钨真实晶粒度、合金晶粒度表征超细碳化钨粉末粒度均匀性等是目前超细碳化钨评价方法研究的重点。     

从APT到纳米WC的形貌结构演变

采用扫描电镜和透射电镜等手段研究分析了从仲钨酸铵→紫钨→纳米钨粉→纳米碳化钨粉末的制备过程中,粉末颗粒形貌的演变规律。结果表明,粉末颗粒形貌发生板条状→针尖状→近球状→球状变化,粉末粒度则先变小而后有所增大。同时,我们发现碳化过程中通氢可以降低碳化温度和缩短碳化时间,对制备纳米碳化钨有利。     

碳化温度对超细WC粉末性能与合金性能的影响

本文探讨了碳化温度对超细WC形貌、粒度、亚晶尺寸等粉末性能的影响和不同碳化温度制备的超细WC粉末对合金强度、硬度、微观结构等合金性能的影响。粉末样品的制备采用钨粉与炭黑的混合物为试验原料,在中频电炉中,分别于1 450、1 480、1 520℃碳化,利用Fsss粒度仪、SEM电镜、马尔文激光粒度分布仪、X射线衍射仪等仪器对粉末样品进行分析检测;制备的粉末样品加入细钴粉按照6%配成合金,采用1 410℃与1 450℃两个烧结温度制备成合金试验样品,测维氏硬度,抗弯强度,用金相显微镜观察合金的组织结构,比较不同碳化温度制备的超细碳化钨在不同的烧结温度下制备的合金性能与组织结构的差异。研究表明:碳化温度对超细碳化钨各项性能及超细合金各项性能有较大的影响,温度在1 480℃以下,单颗粒与单颗粒之间的烧结长大比较微弱,单颗粒内部的亚晶长大也很微弱,但当温度升高到1 520℃,亚晶尺寸有明显升高,粉末结晶更趋完整。低温碳化的超细碳化钨,结晶不完整,缺陷较多,粉末活性高,容易长粗,矫顽磁力降幅较大,造成合金的微观结构不均匀。高温碳化的超细碳化钨在1 410℃烧结制备的合金试样的综合性能与微观结构要优于1 450℃烧结制备的合金试样。     

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。     

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...     

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。     

碳含量对盐助燃烧合成法制备的超细WC粉体形貌、尺寸和相的影响（英文）

在WO_3-Mg-C-Na_2CO_3体系中,引入NaCl做稀释剂,通过盐助燃烧合成法制备了超细碳化钨(WC)粉体。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对产物进行分析,研究了碳(C)含量对制备的WC粉体的形貌、尺寸和相的影响。结果表明:在m=0.125(Na_2CO_3的摩尔数)基础上,将原料中碳的摩尔数从l=2增加到2.25和2.5,浸出前产物由少量大尺寸颗粒及大量小尺寸颗粒组成;浸出后产物是由亚微米小颗粒团聚而成,颗粒之间熔化烧结现象很弱,呈弱团聚状态;浸出产物的粒度分布基本符合正态分布,尺寸在200~350 nm的范围内;在l=2.25条件下,合成的产物主要为目标产物WC,副产物W2C含量极少。即k=2.0(Na Cl的摩尔数),m=0.125,l=2.25为制备单相WC的工艺条件。     

利用离子液体制备银粉工艺研究

针对超细银粉制备工艺中易于团聚等现象,对离子液体介质中银粉制备工艺进行了研究。将离子液体加入到硝酸银溶液中,在不同工艺条件下进行还原,并对所制备的银粉采用X射线衍射、扫描电镜进行结构表征,利用激光粒度仪分析了所制备银粉的粒径及粒度分布。结果表明离子液体的加入量对银粉的形貌、结晶状态以及粒度分布有较大影响,在100 mL的AgNO3(0.05 mol/L),1 g PVP,10 mL离子液体,油浴温度120℃条件下制得的银粉性能最优。     

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。     

碳含量对盐助燃烧合成法制备的超细WC粉体形貌、尺寸和相的影响

在WO3-Mg-C-Na2CO3体系中,引入NaCl做稀释剂,通过盐助燃烧合成法制备了超细碳化钨（WC）粉体。利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）对产物进行分析,研究了碳（C）含量对制备的WC粉体的形貌、尺寸和相的影响。结果表明：在m=0.125（Na2CO3的摩尔数）基础上,将原料中碳的摩尔数从l=2增加到2.25和2.5,浸出前产物由少量大尺寸颗粒及大量小尺寸颗粒组成;浸出后产物是由亚微米小颗粒团聚而成,颗粒之间熔化烧结现象很弱,呈弱团聚状态;浸出产物的粒度分布基本符合正态分布,尺寸在200～350nm的范围内;在l=2.25条件下,合成的产物主要为目标产物WC,副产物W2C含量极少。即k=2.0（NaCl的摩尔数）,m=0.125,l=2.25为制备单相WC的工艺条件。     

碳化温度对V_8C_7粉末性能的影响

采用X衍射和透射电镜研究碳化温度对"V_2O_5溶于有机酸→喷雾干燥→真空碳化"制备的V_8C_7粉末性能的影响。结果表明:随碳化温度的增加,V_8C_7粉末的化合碳含量增加,游离碳含量降低;在1 000℃碳化时,粉末有唯一的VC_(1-x)相,而在1100～1200℃碳化时,可得到有序分布的完整V_8C_7相;粉末在1 100℃碳化后,颗粒尺寸为30～50 nm,晶粒尺寸约为30 nm,粉末颗粒为类球形且分散性好;该制备方法可有效降低V_2C_7粉末的碳化温度,获得晶粒细小的V_8C_7粉末。     

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。     

Effect of vanadium on synthesis of WC nanopowders by thermal processing of V-doped tungsten precursor

The effect of vanadium on the synthesis of WC nanopowders by carbon thermal processing of V-doped tungsten precursor has been discussed. The V-doped tungsten precursor was prepared by a wet chemical method with ammonium tungstate and ammonium vanadate as its starting materials. The precursor was carbonized in the vacuum furnace using phenol formaldehyde resin as a carbon agent. The results of XRD revealed that the tungsten oxide and vanadium oxide obtained from the precursor preparation formed V–O–W bronze with the structure of WO₃ · 0.33H₂O. The carbonization reactions of WO₃ with 1 wt% of vanadium took place in a temperature range from 900 to 1050 °C to obtain V-doped WC nanopowder. The results of particle size measurement and morphological analysis show that the vanadium effectively inhibits the particle growth of tungsten carbide powder during carbonization processes, resulting in the particle size to be within the range from 64 to 184 nm after heat treatment in the temperature range from 900 to 1200 °C. V₂O₃ particles decomposed from V–O–W bronze can act as a nucleation aid for tungsten during reduction, and those on the surface of tungsten powder can hinter the growth of tungsten carbide crystal by the pinning effect.     

A facile pathway to prepare ultrafine WC powder via a carbothermic pre-reduction followed by carbonization with CH4-H2 mixed gases

In the present work, ultrafine tungsten carbide (WC) powder with a high purity has been prepared by first roasting yellow tungsten trioxide (WO₃) and carbon black powder under argon atmosphere followed by the further carbonization reaction with CH₄-H₂ mixed gases. The effects of C/WO₃ molar ratio, CH₄ percentage in the CH₄-H₂ mixed gases on the phase composition, morphology and particle size of the products were discussed. The results revealed that when the C/WO₃ molar ratios were 2.5 and 2.6, nano tungsten carbide powder with the average particle sizes of 93 nm and 77 nm could be prepared. Whereas, when the C/WO₃ molar ratio was in the range of 2.7–3.5, the finally prepared WC has the particle size of 446–192 nm, and became smaller with the increase of C/WO₃ molar ratio. The percentage of CH₄ should be <15% to prepare WC with a low free carbon content. From the results of thermodynamic calculation, X-ray diffraction (XRD), FE-SEM, and infrared carbon‑sulfur analyzer, it was concluded that ultrafine tungsten carbide powders with a high purity could be successfully prepared by this method.     

碳化钨和碳化钒在固相钴中的固溶研究

分别以BET粒度为0.15μm和0.23μm的碳化钨粉末与钴湿磨压制制备成WC-90%Co试样条,分别以Fsss粒度为1.0μm和1.5μm的碳化钒粉末与钴湿磨压制制备成VC-95%Co试样条。将以上四种试样条分别于1 100、1 150、1 200℃进行真空烧结,将烧结后的试样条研磨抛光后采用X衍射仪和扫描电镜研究碳化钨和碳化钒在固相钴中的固溶情况。研究结果表明:两种粒度的WC均于1 150℃逐渐溶解到Co中形成γ-固溶体,其固溶度随温度升高而增大,1 200℃固溶完全;两种粒度的VC粉末于1 100℃逐渐溶解到Co中形成γ-固溶体,1 150℃固溶完全。     

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。     

直接碳化与煅烧-碳化工艺对WC-Co复合粉性能的影响

以偏钨酸铵、醋酸钴、裂解碳为原料,配置成料浆,通过喷雾干燥-氢气还原碳化(简称直接碳化法)和喷雾干燥-氮气煅烧-氢气还原碳化(简称煅烧-碳化法)制备WC-Co复合粉。对两种工艺制备粉末的性能和形貌进行对比,发现直接碳化法制备的WC-Co复合粉的颗粒在10¹00μm、平均粒度在50μm,大部分球形壳破裂,粉末仍然保持球形骨架,粉末松装密度小、流动性差;煅烧-碳化法制备的WC-Co复合粉末的颗粒度在10100μm、平均粒度在50μm,大部分球形壳破裂,粉末仍然保持球形骨架,粉末松装密度小、流动性差;煅烧-碳化法制备的WC-Co复合粉末的颗粒度在10⁵0μm、平均颗粒度25μm,粉末球形度高、流动性好。将两种工艺制备的粉末制成YG6合金,对比发现直接碳化法得到WC-Co复合粉制备成的硬质合金硬度高、晶粒度小、密度高、孔隙度低、致密度高;将两种工艺制备的粉末进行热喷涂,发现煅烧-碳化法制备的粉末热喷涂时,涂层表面致密度高、WC保留率高、硬度高。     

纳米碳化钽对SPS烧结钨显微结构的影响

通过放电等离子体烧结(SPS)方法在1700℃下制备纳米碳化钽(TaC)弥散强化钨块,研究钨粉原始粉末粒度大小和添加碳化钽的量对烧结钨块微观组织的影响。结果表明:不同粒度钨粉(30nm、200nm和3μm)制备的钨块,烧结后的粒径随原始粉末粒度的增大而增大,3μm钨粉烧结后的晶粒平均直径为22.19μm;同一种粒度钨粉(如200nm)中分别添加质量分数为0%,1%,2%和4%的碳化钽,烧结后钨晶粒的平均直径随碳化钽添加量的增加而减小,加入量为4%时晶粒平均直径为5.91μm。通过SEM分析可以看出,碳化钽在烧结钨中是以球形状态存在的。从断口可以看出,纯钨烧结体为穿晶断裂,加入碳化钽的钨烧结体为晶间断裂。