1.本發(fā)明屬于碳化鎢材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鑄造碳化鎢粉末及其制備方法。

背景技術(shù)：

2.鑄造碳化鎢是一種傳統(tǒng)的表面耐磨材料，一種高硬度，高耐磨性的產(chǎn)品；目前產(chǎn)品顯微硬度(hv0.1)為1800-2200kg/mm2；共晶組織含量一般在70-85％；其生產(chǎn)原理是采用鎢粉和碳化鎢粉按比例混合后，通過熔煉、結(jié)晶；形成特定的wc·w2c共晶組織。目前國內(nèi)外制備鑄造碳化鎢的方法一般采用配料球磨、熔煉、破碎篩分工藝流程。其中熔煉工序需要把原料粉末鎢粉和碳化鎢粉完全熔化成液態(tài)，再冷卻結(jié)晶完成產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)成型；熔煉工藝溫度在2800-3300℃。傳統(tǒng)工藝采用電阻式加熱爐熔煉，發(fā)熱體為石墨管。因工作溫度高，石墨發(fā)熱管灰化嚴重，過程消耗非?？?，設(shè)備需要經(jīng)常性、階段性維護；生產(chǎn)為斷續(xù)模式，產(chǎn)能較低。同時，因為合金塊高硬度特性，后期破碎機錘頭材料可選擇性不強，錘頭采用鑄鐵制備，連同破碎機基體均容易破損。工藝過程設(shè)計處于勞動負荷大，工作環(huán)境較為惡劣的狀態(tài)。

3.共晶組織含量為鑄造碳化鎢的固有組織結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)在快速冷卻中大量形核產(chǎn)生；冷卻速度越快，形核越多，共晶組織含量就越高，產(chǎn)品硬度、耐磨性等性能越優(yōu)良。而現(xiàn)有技術(shù)中方法將全部原料熔融后進行冷卻結(jié)晶，由于熔融產(chǎn)品體積龐大，冷結(jié)晶過程中冷卻降溫速度有限，使得產(chǎn)生的共晶組織數(shù)量有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種鑄造碳化鎢粉末及其制備方法，該碳化鎢粉末具有羽狀共晶組織含量高，硬度大的優(yōu)點，該制備方法可有效解決現(xiàn)有的制備方法存在的勞動負荷大、制造成本高、產(chǎn)品質(zhì)量受人為影響大的問題。

5.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

6.一種鑄造碳化鎢粉末的制備方法，包括以下步驟：

7.(1)將鎢粉和碳粉混合后進行球磨，制得混合料，將混合料進行碳化制成合金塊料；

8.(2)對合金塊料進行破碎、篩分，獲得合金粉料；

9.(3)在保護氣氛下，使合金粉料自上而下依次經(jīng)過多級懸網(wǎng)分裝置、高溫加熱裝置和冷卻裝置，最后，收集冷卻后的粉料即可。

10.進一步地，步驟(1)中混合料中碳含量為3.0-4.1wt％。

11.進一步地，步驟(1)中將混合料置于石墨管電熱爐中進行碳化，碳化溫度為1600-2300℃。

12.進一步地，步驟(1)中合金塊料中總碳含量為3.5-4.2wt％。

13.進一步地，步驟(2)中合金粉料的粒徑小于60目。

14.進一步地，步驟(2)中合金粉料的粒徑分別為：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目。

15.進一步地，步驟(3)中合金粉料經(jīng)過多級懸網(wǎng)分裝置以后以單顆粒形式進入高溫加熱裝置內(nèi)。

16.進一步地，步驟(3)高溫加熱裝置為立式中頻感應(yīng)爐，其加熱腔的高度為500-1000mm，加熱溫度為2526-2650℃。

17.一種鑄造碳化鎢粉末，采用上述方法制得。

18.進一步地，鑄造碳化鎢粉末的共晶組織含量為90-98％，顯微硬度為2400-3000kg/mm2。

19.本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果為：

20.1、本技術(shù)中經(jīng)碳化、破碎后的合金粉料在多級懸網(wǎng)分裝置的分散作用下，使得合金粉料以單顆粒的形式落入高溫加熱裝置內(nèi)，在高溫加熱裝置內(nèi)，由于事先降低了顆粒體積與顆粒表面積的比值，使得顆粒懸浮在高溫加熱裝置過程中，可迅速吸熱熔融達到重結(jié)晶溫度，但是不熔化，保持了原有的顆粒形態(tài)，熔融的顆粒在重力作用下進入冷卻裝置內(nèi)，由于顆粒體積與顆粒表面積的比值較小，顆?？裳杆俳禍?，降溫過程中顆粒內(nèi)部重結(jié)晶，形成羽狀共晶組織，該過程中羽狀共晶組織的形成量更高，進而使得鑄造碳化鎢粉末的硬度以及耐磨性得到提升。

21.2、本技術(shù)中，先在1600-2300℃的低溫環(huán)境下將混合料進行碳化處理，碳化后對合金塊料進行破碎，將破碎過程前置，破碎時合金塊料內(nèi)部無羽狀共晶組織產(chǎn)生，此時合金塊料的結(jié)合強度較低，破碎難度較低，破碎后產(chǎn)品的形貌可控，破碎過程中對設(shè)備的消耗更少；為使二次加熱熔融過程更均勻和容易分散，將合金粉料制備成不同粒徑；然后將破碎后的合金粉末置于2526-2650℃低溫條件下熔融，由于合金粉末的體積較小，熔融過程中對溫度的要求更低，在2526-2650℃低溫條件下即可制成鑄造碳化鎢粉末，該制備過程中的最高工藝溫度遠遠低于現(xiàn)有技術(shù)中的3300℃，從整體上降低了制備過程的最高溫度，降低了對設(shè)備的消耗，進而降低了生產(chǎn)成本。

22.3、本技術(shù)中制得的鑄造碳化鎢產(chǎn)品為不規(guī)則的顆粒狀，其羽狀共晶組織含量高達90-98％，顯微硬度(hv0.1)為2400-3000kg/mm2。

附圖說明

23.圖1為傳統(tǒng)工藝與本技術(shù)工藝流程圖；

24.圖2為多級懸網(wǎng)分散裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

25.圖3為多級懸網(wǎng)分散裝置、立式中頻感應(yīng)爐和冷卻裝置連接結(jié)構(gòu)示意圖；

26.圖4為本技術(shù)中的鑄造碳化鎢粉末的金相和形貌照片。

具體實施方式

27.下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

28.本技術(shù)中合金粉料在二次加熱過程中，采用半自動化的裝置進行，裝置自上而下包括多級懸網(wǎng)分散裝置、立式中頻感應(yīng)爐和冷卻裝置，三者均具有內(nèi)腔，且三者的內(nèi)腔之間相互連通，其中多級懸網(wǎng)分裝置為筒狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部自上而下設(shè)置有至少3層篩網(wǎng)，篩網(wǎng)之間相互平行，多層篩網(wǎng)的孔徑相等，使用時，合金粉料在重力作用下落時，經(jīng)過多層篩網(wǎng)的分散作用以單顆粒的形式進入立式中頻感應(yīng)爐的加熱腔內(nèi)，加熱腔的高度為500-1000mm；

在加熱腔高溫作用下熔融但不完全融化，然后在重力作用下落入冷卻裝置的冷卻腔內(nèi)，冷卻腔內(nèi)溫度≤65℃，冷卻腔的高度大于2m，冷卻后結(jié)晶成型；其中，立式中頻感應(yīng)爐和冷卻裝置均為現(xiàn)有裝置，使用時，將多級懸網(wǎng)分散裝置、立式中頻感應(yīng)爐和冷卻裝置之間通過連接件進行固定即可。

29.實施例1

30.一種鑄造碳化鎢粉末，其制備方法包括以下步驟：

31.(1)將鎢粉和碳黑粉混合后進行球磨，制得混合料，混合料中碳含量為3.2wt％，將混合料送入石墨管電熱爐中進行碳化，碳化溫度為1600℃，制成合金塊料，合金塊料中總碳含量為4.0wt％；

32.(2)采用錘擊式破碎機對合金塊料進行多級破碎、多級篩分，獲得合金粉料，為使二次加熱熔融過程更均勻和容易分散，將合金粉料制備成不同粒徑，合金粉料的粒徑分別為：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目；

33.(3)在氮氣保護氣氛下，選擇-60～+80目的合金粉料以25kg/h的送料量自上而下依次經(jīng)過多級懸網(wǎng)分裝置進行分散，然后單顆粒狀態(tài)的粉料在重力作用下進入溫度為2640℃、加熱腔的高度為1000mm的立式中頻感應(yīng)爐內(nèi)，在高溫作用下熔融但不熔化，隨后在重力作用下進入冷卻腔的高度為2m的冷卻裝置內(nèi)冷卻結(jié)晶成型，最后，收集冷卻后的粉料即可。

34.實施例2

35.一種鑄造碳化鎢粉末，其制備方法包括以下步驟：

36.(1)將鎢粉和碳粉混合后進行球磨，制得混合料，混合料中碳含量為4.1wt％，將混合料送入石墨管電熱爐中進行碳化，碳化溫度為2300℃，制成合金塊料，合金塊料中總碳含量為4.2wt％；

37.(2)采用錘擊式破碎機對合金塊料進行多級破碎、多級篩分，獲得合金粉料，合金粉料的粒徑分別為：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目；

38.(3)在氮氣保護氣氛下，選擇-120～+170目的合金粉料以35kg/h的送料量自上而下依次經(jīng)過多級懸網(wǎng)分裝置進行分散，然后單顆粒狀態(tài)的粉料在重力作用下進入溫度為2600℃、加熱腔的高度為700mm的立式中頻感應(yīng)爐內(nèi)，在高溫作用下熔融但不熔化，隨后在重力作用下進入冷卻腔的高度為2m的冷卻裝置內(nèi)冷卻結(jié)晶成型，最后，收集冷卻后的粉料即可。

39.實施例3

40.一種鑄造碳化鎢粉末，其制備方法包括以下步驟：

41.(1)將鎢粉和碳粉混合后進行球磨，制得混合料，混合料中碳含量為3.6wt％，將混合料送入石墨管電熱爐中進行碳化，碳化溫度為1900℃，制成合金塊料，合金塊料中總碳含量為3.9wt％；

42.(2)采用錘擊式破碎機對合金塊料進行多級破碎、多級篩分，獲得合金粉料，合金粉料的粒徑分別為：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目；

43.(3)在氮氣保護氣氛下，選擇-170～+325目的合金粉料以23kg/h的送料量自上而下依次經(jīng)過多級懸網(wǎng)分裝置進行分散，然后單顆粒狀態(tài)的粉料在重力作用下進入溫度為2540℃、加熱腔的高度為600mm的的立式中頻感應(yīng)爐內(nèi)，在高溫作用下熔融但不熔化，隨后在重力作用下進入冷卻腔的高度為2m的冷卻裝置內(nèi)冷卻結(jié)晶成型，最后，收集冷卻后的粉

料即可。

44.對比例1

45.一種鑄造碳化鎢粉末，其制備方法包括以下步驟：

46.(1)將鎢粉和碳化粉混合后進行球磨，制得混合料，混合料中碳含量為3.2wt％；

47.(2)將混合料置于3300℃環(huán)境下進行高溫熔融，冷卻制得鑄造碳化鎢塊料；

48.(3)采用破碎機將鑄造碳化鎢塊料破碎，并進行篩分，收集粉料，制得。

49.試驗例

50.分別對實施例1-3以及對比例1中制得的鑄造碳化鎢粉末的硬度以及羽狀組織進行測試，羽狀組織的測試取粉末樣品采用金相熱鑲機(型號：struers citopress-1)和金相磨拋機(型號：struers tegramin-30)完成制樣后，樣品再通過20％的鐵氰化鉀和20％的氫氧化鉀(或氫氧化鈉)的等體積混合水溶液，用棉球擦蝕磨面，然后在金相顯微鏡(型號：dmi5000m)下觀察，并進行統(tǒng)計后計算得出。

51.顯微硬度的測試采用維氏硬度計(型號：future-tech fm-700)對金相制備的樣塊(未腐蝕前)進行測試。具體測試結(jié)構(gòu)見表1。

52.表1鑄造碳化鎢粉末硬度及羽狀組織

[0053] hv0.1(kg/mm2)羽狀組織含量(％)實施例1278896.5實施例2284197.7實施例3298098.0對比例1213479.4

[0054]

通過上表中的數(shù)據(jù)可以看出，采用本技術(shù)中的方法制得的鑄造碳化鎢粉末的硬度以及羽狀組織含量均高于對比例1中的產(chǎn)品，證明本技術(shù)中的方法制得的產(chǎn)品質(zhì)量更優(yōu)，而且，通過制備過程也可以看出，本技術(shù)中的制備方法對于設(shè)備的損耗更小，溫度要求更低，操作過程中工作人員的負荷更小。技術(shù)特征：

1.一種鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將鎢粉和碳粉混合后進行球磨，制得混合料，將混合料進行碳化制成合金塊料；(2)對合金塊料進行破碎、篩分，獲得合金粉料；(3)在保護氣氛下，使合金粉料自上而下依次經(jīng)過多級懸網(wǎng)分裝置、高溫加熱裝置和冷卻裝置，最后，收集冷卻后的粉料即可。2.如權(quán)利要求1所述的鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于，步驟(1)中混合料中碳含量為3.0-4.1wt％。3.如權(quán)利要求1所述的鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于，步驟(1)中將混合料置于石墨管電熱爐中進行碳化，碳化溫度為1600-2300℃。4.如權(quán)利要求1所述的鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于，步驟(1)中合金塊料中總碳含量為3.5-4.2wt％。5.如權(quán)利要求1所述的鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于，步驟(2)中合金粉料的粒徑小于60目。6.如權(quán)利要求1所述的鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于，步驟(2)中合金粉料的粒徑分別為：-60～+80目、-80～+120目、-120～+170目、-170～+325目和-325目。7.如權(quán)利要求1所述的鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于，步驟(3)中合金粉料經(jīng)過多級懸網(wǎng)分裝置以后以單顆粒形式進入高溫加熱裝置內(nèi)。8.如權(quán)利要求1或7所述的鑄造碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于，步驟(3)高溫加熱裝置為立式中頻感應(yīng)爐，其加熱腔的高度為500-1000mm，加熱溫度為2526-2650℃。9.一種鑄造碳化鎢粉末，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8中任一項所述方法制得。10.如權(quán)利要求9所述的鑄造碳化鎢粉末，其特征在于，所述鑄造碳化鎢粉末的共晶組織含量為90-98％，顯微硬度為2400-3000kg/mm2。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供了一種鑄造碳化鎢粉末及其制備方法，制備方法包括以下步驟：將鎢粉和碳粉混合后進行球磨，制得混合料，將混合料進行碳化制成合金塊料；對合金塊料進行破碎、篩分，獲得合金粉料；在保護氣氛下，使合金粉料自上而下依次經(jīng)過多級懸網(wǎng)分裝置、高溫加熱裝置和冷卻裝置，最后，收集冷卻后的粉料即可。該碳化鎢粉末具有羽狀共晶組織含量高，硬度大的優(yōu)點，該制備方法可有效解決現(xiàn)有的制備方法存在的勞動負荷大、制造成本高、產(chǎn)品質(zhì)量受人為影響大的問題。大的問題。大的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：謝杰 李玉璽 顏維 賀香堅 余偉 韋志忠 張桂月

受保護的技術(shù)使用者：自貢長城表面工程技術(shù)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.11.24

技術(shù)公布日：2023/3/27