專利名稱：納米晶粒WC－Co－VC－Cr的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化鎢合金粉末，特別涉及一種納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末制造方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末廣泛應(yīng)用于制造硬質(zhì)合金刀具、模具、熱噴涂表面強化工程。美國專利曾提供一種納米WC-Co合金粉末的制造方法(P.RStrutt、B.H.Kear，US Patent No.6227448、No.6025034，WO 91/07244、WO 93/03962)，該方法是用偏鎢酸H2WO4或鎢酸氨胺(NH4)6(HW12O40)4H2O和鈷鹽CoCl2或Co(CH3COO)2制備成混合水溶液，采用霧化干燥方法制備成W和Co的復(fù)合鹽，經(jīng)高溫煅燒分解成為W和Co的復(fù)合氧化物，在流化床中用CO/CO2混合氣體在700～850℃溫度下將W、Co氧化物粉末碳化為納米WC-Co復(fù)合粉末，粉末內(nèi)晶粒小于100nm，采用霧化干燥和流化床工藝實現(xiàn)噴霧—轉(zhuǎn)化工藝工業(yè)化。
美國專利曾提供一種納米WC-Co復(fù)合粉末的制造方法(韓國機械與材料研究院，US Patent No.5882376)，該方法采用偏鎢酸銨與硝酸鈷水溶液，經(jīng)旋轉(zhuǎn)噴霧干燥將所得復(fù)合W.Co復(fù)合鹽在750℃空氣中煅燒后進行球磨，然后在箱式電爐中先通入H2氣體進行還原得到W-Co復(fù)合粉末，然后通入CO氣體使W碳化，最后得到WC-Co復(fù)合粉末，WC晶粒小于100nm。
中國專利曾提供一種納米碳化鎢—鈷—碳化鈦—碳化釩硬質(zhì)合金的制造方法及設(shè)備(ZL98110950.0，CN1082553C，
公開日2000.01.19)，該方法采用納米WO3、Co2O3、TiO2、V2O5粉末混合料在石英管中通入H2氣還原，然后再通入高純乙炔C2H2氣體制取WC-Co-TiC-VC合金粉，其中碳化物晶粒尺寸小于100nm，特別提及粉末中含有碳納米管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末制造方法及設(shè)備，它易于實現(xiàn)低成本工業(yè)化連續(xù)規(guī)模生產(chǎn)，合金粉末中的碳化物晶粒尺寸小于100nm，可應(yīng)用于制造超細晶粒硬質(zhì)合金產(chǎn)品，用熱噴涂方法可制造納米晶粒硬質(zhì)合金涂層材料。
為達到上述目的，本發(fā)明采取的解決方案是一種納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末制造方法，包括混合料制備，氫還原反應(yīng)，碳化反應(yīng)，其特征在于采用以下工藝步驟a)按設(shè)定的納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末的組份，該合金粉末中WC、Co、VC、Cr3C2含量的重量百分比分別為50～94、4～45、0.1～10、0.1～10，取相應(yīng)W含量的偏鎢酸銨、Co含量的氧化鈷或草酸鈷、V含量的偏釩酸銨、Cr含量的重鉻酸銨、C含量的炭黑，加入適量去離子水進行混合，采用球磨混合方法，將上述物料混合呈膏狀物；b)將上述膏狀混合物在100～150℃溫度下干燥脫除水份，并破碎呈顆粒狀粉體，顆粒尺寸0.5～1.0mm；c)將上述混合料粉體松散地裝入料舟內(nèi)，按照反應(yīng)管式電爐的爐管長度計算的保溫時間間隔依次將料舟推入反應(yīng)管式電爐；d)反應(yīng)管式電爐內(nèi)通入氫氣或氨分解氣，氣體流動方向與料舟移動方向相反，熱處理溫度為800～950℃，還原碳化反應(yīng)時間為1～3小時，獲得納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末。
該種納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末制造方法，采用偏鎢酸銨，氧化鈷或草酸鈷，偏釩酸銨，重鉻酸銨和高純炭黑，加適量去離子水進行球磨混合，然后將呈膏狀的混合料可在普通電熱烘箱中干燥脫水成塊狀物，再將這種塊狀物破碎成0.5～1.0mm左右的顆粒，在H2或N2+3H2混合氣流中直接還原碳化成WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末，晶粒尺寸小于100nm，碳含量符合相應(yīng)組份要求的平衡化合碳含量。
一種制造納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末的專用設(shè)備，該設(shè)備由支架、作為反應(yīng)管式電爐的耐熱鋼爐管、作為料舟的耐熱鋼舟皿、電加熱器、熱電偶及溫度控制器、推舟機構(gòu)構(gòu)成，耐熱鋼爐管兩端塞以爐管封頭，支架中部設(shè)置電加熱器、前部設(shè)置推舟機構(gòu)，耐熱鋼爐管布置在電加熱器中，耐熱鋼舟皿置于耐熱鋼爐管內(nèi)，熱電偶布置在耐熱鋼爐管外側(cè)，且與溫度控制器連接，耐熱鋼爐管后端部接進氣管道、前端部接排氣管道。
連續(xù)移動耐熱鋼舟皿(料舟)，用料舟移動速度和耐熱鋼爐管(反應(yīng)管式電爐)加熱區(qū)長度控制還原碳化時間(1～3小時)，混合氧化物的還原和碳化一步完成?？刂苹旌狭项w粒尺寸(0.5～1.0mm)使料舟中物料透氣性可以保證料舟中物料的還原碳化反應(yīng)速度基本相同，從而使合金粉末的化學成分，晶粒尺寸均符合技術(shù)要求。
本發(fā)明提供的方法和設(shè)備，易于實現(xiàn)低成本工業(yè)化連續(xù)規(guī)模生產(chǎn)。合金粉末中的碳化物晶粒尺寸小于100nm，可應(yīng)用于制造超細晶粒硬質(zhì)合金產(chǎn)品，用熱噴涂方法可制造納米晶粒硬質(zhì)合金涂層材料。
同現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明采用普通球磨方法使各種原料混合均勻，可采用電熱烘箱干燥，利用碳黑進行碳化，減少了設(shè)備投資和工業(yè)流程。
2、本發(fā)明采用氧化鈷或草酸鈷作原料，不產(chǎn)生污染環(huán)境的有害氣體，而硝酸鈷和氯化鈷均會釋放污染環(huán)境的NxOy和ClO3氣體，醋酸鈷成本較高。
3、本發(fā)明采用固態(tài)炭黑作碳化劑碳化。由于碳黑比CO氣體或乙炔C2H2氣體便宜，且易于控制添加量，使制造成本降低。
四

圖1為制造納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末的專用設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、耐熱鋼爐管，2、耐熱鋼舟皿，3、電加熱器，4、熱電偶，5、推舟機構(gòu)，6、爐管封頭，7、排氣管道，8、進氣管道，9、支架，10、溫度控制器。
五具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及其附圖對本發(fā)明再作描述。
實施例一參見圖1，一種WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末制造方法，包括混合料制備，氫還原反應(yīng)，碳化反應(yīng)，采用以下工藝步驟a)按設(shè)定的納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末的組份，該合金粉末中WC、Co、VC、Cr3C2含量的重量百分比分別為92、7.5、0.15、0.35，取相應(yīng)W含量的偏鎢酸銨、Co含量的氧化鈷、V含量的偏釩酸銨、Cr含量的重鉻酸銨、C含量的炭黑、適量去離子水，放入球磨機內(nèi)混合，球料比2∶1，混合時間12小時，混合料呈膏狀物；b)將上述膏狀混合物放在電熱烘箱內(nèi)，150℃溫度下干燥脫除水份，混合料呈疏松塊狀，破碎成0.5～1.0mm顆粒；c)將上述混合料粉體松散地裝入耐熱鋼舟皿2內(nèi)，按照耐熱鋼爐管1長度確定推舟速度，使耐熱鋼舟皿2的保溫時間為3小時，3小時間隔依次將耐熱鋼舟皿2用推舟機構(gòu)5推入耐熱鋼爐管1內(nèi)；
d)耐熱鋼爐管1通入氨分解氣(N2+3H2)，氣體流動方向與耐熱鋼舟皿2移動方向相反，熱處理溫度為800℃，還原碳化反應(yīng)時間為3小時，獲得納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末，耐熱鋼舟皿2在耐熱鋼爐管1氣體進口端經(jīng)過冷卻后卸出，封裝取樣作化學分析、晶粒度檢測等，晶粒尺寸小于100nm。
參見圖1，上述制造納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末的專用設(shè)備，由支架9、作為反應(yīng)管式電爐的耐熱鋼爐管1、作為料舟的耐熱鋼舟皿2、電加熱器3、熱電偶4及溫度控制器10、推舟機構(gòu)5構(gòu)成，耐熱鋼爐管1兩端塞以爐管封頭6，支架9中部設(shè)置電加熱器3、前部設(shè)置推舟機構(gòu)5，耐熱鋼爐管1布置在電加熱器3中，耐熱鋼舟皿2置于耐熱鋼爐管1內(nèi)，熱電偶4布置在耐熱鋼爐管1外側(cè)，且與溫度控制器10連接，耐熱鋼爐管1后端部接進氣管道8、前端部接排氣管道7。鎳合金舟皿也可作為料舟。
實施例二參見圖1一種WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末制造方法，包括混合料制備，氫還原反應(yīng)，碳化反應(yīng)，采用以下工藝步驟a)按設(shè)定的納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末的組份，該合金粉末中WC、Co、VC、Cr3C2含量的重量百分比分別為50、45、2.5、2.5，取相應(yīng)W含量的偏鎢酸銨、Co含量的草酸鈷、V含量的偏釩酸銨、Cr含量的重鉻酸銨、C含量的炭黑、適量去離子水，放入球磨機內(nèi)混合，球料比2∶1，混合時間12小時，混合料呈膏狀物；b)將上述膏狀混合物放在電熱烘箱內(nèi)，100℃溫度下干燥脫除水份，混合料呈疏松塊狀，破碎成0.5～1.0mm顆粒；c)將上述混合料粉體松散地裝入耐熱鋼舟皿2內(nèi)，按照耐熱鋼爐管1長度確定推舟速度，使耐熱鋼舟皿2的保溫時間為1小時，1小時間隔依次將耐熱鋼舟皿2用推舟機構(gòu)5推入耐熱鋼爐管1內(nèi)；d)耐熱鋼爐管1通入氫氣(H2)，氣體流動方向與耐熱鋼舟皿2移動方向相反，熱處理溫度為950℃，還原碳化反應(yīng)時間為1小時，獲得納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末，耐熱鋼舟皿2在耐熱鋼爐管1氣體進口端經(jīng)過冷卻后卸出，封裝取樣作化學分析、晶粒度檢測等，晶粒尺寸小于100nm。
權(quán)利要求
1.一種納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末制造方法，包括混合料制備，氫還原反應(yīng)，碳化反應(yīng)，其特征在于采用以下工藝步驟a)按設(shè)定的納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末的組份，該合金粉末中WC、Co、VC、Cr3C2含量的重量百分比分別為50～94、4～45、0.1～10、0.1～10，取相應(yīng)W含量的偏鎢酸銨、Co含量的氧化鈷或草酸鈷、V含量的偏釩酸銨、Cr含量的重鉻酸銨、C含量的炭黑，加入適量去離子水進行混合，采用球磨混合方法，將上述物料混合呈膏狀物；b)將上述膏狀混合物在100～150℃溫度下干燥脫除水份，并破碎呈顆粒狀粉體，顆粒尺寸0.5～1.0mm；c)將上述混合料粉體松散地裝入料舟內(nèi)，按照反應(yīng)管式電爐的爐管長度計算的保溫時間間隔依次將料舟推入反應(yīng)管式電爐；d)反應(yīng)管式電爐內(nèi)通入氫氣或氨分解氣，氣體流動方向與料舟移動方向相反，熱處理溫度為800～950℃，還原碳化反應(yīng)時間為1～3小時，獲得納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末制造方法，其特征在于球磨混合球料比2∶1，混合時間12小時。
3.一種實施權(quán)利要求1所述的納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末制造方法的專用設(shè)備，其特征在于該設(shè)備由支架(9)、作為反應(yīng)管式電爐的耐熱鋼爐管(1)、作為料舟的耐熱鋼舟皿(2)、電加熱器(3)、熱電偶(4)及溫度控制器(10)、推舟機構(gòu)(5)構(gòu)成，耐熱鋼爐管(1)兩端塞以爐管封頭(6)，支架(9)中部設(shè)置電加熱器(3)、前部設(shè)置推舟機構(gòu)(5)，耐熱鋼爐管(1)布置在電加熱器(3)中，耐熱鋼舟皿(2)置于耐熱鋼爐管(1)內(nèi)，熱電偶(4)布置在耐熱鋼爐管(1)外側(cè)，且與溫度控制器(10)連接，耐熱鋼爐管(1)后端部接進氣管道(8)、前端部接排氣管道(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種制造納米晶粒WC-Co-VC-Cr3C2合金粉末的專用設(shè)備，其特征在于鎳合金舟皿作為料舟。
全文摘要
一種納米晶粒WC－Co－VC－Cr
文檔編號B22F9/26GK1693017SQ200510049780
公開日2005年11月9日 申請日期2005年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月4日
發(fā)明者蔡久都, 倪順明, 朱澤華, 陳煥賢 申請人:浙江天石粉末冶金有限公司