專利名稱：一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化鎢(WC)基熱噴涂合金粉末制備方法，特別是一種以WC-C0為代表的WC基熱噴涂合金粉末的制備方法，屬于粉末冶金材料、硬面材料及表面工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硬面材料在表面工程中的應(yīng)用是通過熱噴涂等熱工藝技術(shù)將其涂覆在金屬或工件表面，從而提高表面耐磨損、抗沖擊、耐高溫、耐腐蝕等性能，顯著延長工件使用壽命；也可對廢舊工件進(jìn)行修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)，使其恢復(fù)或超過原有使用性能，從而節(jié)約大量的金屬材料和生產(chǎn)成本。因此硬面材料的廣泛應(yīng)用對促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建節(jié)約型社會具有重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。WC基熱噴涂粉是一種用量最大、用途最廣的硬面材料，也是支撐我國現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代國防的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)材料之一。碳化鎢(WC)基熱噴涂粉主要指在WC基材中加入Co、Cr、Ni、Mo等金屬所形成的 WC基復(fù)合粉或WC基合金粉。WC基復(fù)合粉是一種將WC粉與其它金屬粉、成形劑經(jīng)混合濕磨制粒后脫脂處理得到的混合料粉末(以下簡稱混合料粉末)，即由WC粉與其它金屬粉通過機(jī)械結(jié)合形成的顆粒的集合；WC基合金粉是將WC基混合料粉末經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后得到的粉末， 合金粉將顆粒內(nèi)部的結(jié)合力由機(jī)械結(jié)合轉(zhuǎn)為冶金結(jié)合。高溫?zé)Y(jié)是生產(chǎn)合金粉的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是目前嚴(yán)重制約我國高品質(zhì)合金粉規(guī)模化生產(chǎn)的瓶頸技術(shù)。傳統(tǒng)的合金粉制備工藝是將混合料粉末放在容器中進(jìn)行長達(dá)幾小時的高溫加熱，冷卻后再經(jīng)破碎處理獲得。這種傳統(tǒng)工藝由于加熱時間太長，導(dǎo)致粉末晶粒大幅長大，而晶粒長大將直接影響噴涂層的耐磨性能；另一方面，由于粉末堆積在一起集中加熱導(dǎo)致粉末結(jié)塊，必須進(jìn)行破碎處理，而破碎又導(dǎo)致粉末粒度分布不均勻、顆粒形貌發(fā)生改變，同時產(chǎn)生大量的篩上物和篩下物導(dǎo)致產(chǎn)品實收率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述工藝缺陷，提供一種晶粒尺寸相對穩(wěn)定、可優(yōu)化顆粒形貌和性能、實收率和松裝密度均高、工藝流程短、生產(chǎn)成本低、適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，其特征在于所述的該碳化鎢基熱噴涂合金粉末是采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，經(jīng)連續(xù)燒結(jié)爐燒結(jié)而成，A、所述的原料采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，其碳化鎢基混合料粉末的脫脂溫度為250-600°C，混合料粉末粒度等級包括250-150um，150_75um，75_38um， 38_13um ；^ 13um ；B、所述的燒結(jié)采用立式金屬粉末連續(xù)燒結(jié)爐制備碳化鎢基合金粉末，該連續(xù)燒結(jié)爐上方設(shè)有水冷式進(jìn)料管，碳化鎢基混合料粉末原料從該水冷式進(jìn)料管連續(xù)加入，以自由落體形式通過爐體加熱區(qū)，在加熱區(qū)被快速加熱并快速完成燒結(jié)或合金化過程后繼續(xù)下落到爐體冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)快速冷卻到工藝溫度后從下方出料口連續(xù)落到爐體外的料桶中，實現(xiàn)將碳化鎢基混合料粉末連續(xù)燒結(jié)成碳化鎢基合金粉末工藝；所述的立式金屬粉末連續(xù)燒結(jié)爐使其碳化鎢基混合料粉末原料在該燒結(jié)爐加熱區(qū)內(nèi)的運(yùn)動方式為自由落體方式，在下落過程中粉末與加熱區(qū)發(fā)熱管之間為非接觸方式；該連續(xù)燒結(jié)爐加熱區(qū)長度為0. 5 2. Om,優(yōu)先采用1. 0 1. 5m ；加熱區(qū)直徑為 100 400mm，優(yōu)先采用180 250mm ；燒結(jié)溫度為1000 2100°C，混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間為0. 5- ，碳化鎢基混合料粉末原料進(jìn)料量為20 60kg/h，保護(hù)氣體采用氮氣或氬氣；所述的保護(hù)氣體分兩路進(jìn)入爐體，一路從加熱區(qū)上方進(jìn)入，經(jīng)加熱區(qū)、冷卻區(qū)從出料口出來，其流量為5 30L/min ；另一路從加熱區(qū)下方進(jìn)入，經(jīng)冷卻區(qū)從出料口出來，流量為 20 70L/min。在本制備方法中，碳化鎢基混合料粉末原料在加熱區(qū)中與發(fā)熱管之間以非接觸方式自由落體，由于混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間短(一般不超3秒鐘)，晶粒長大程度遠(yuǎn)小于將混合料粉末至于容器中燒結(jié)方式；各顆粒松散布置在加熱區(qū)中，加上粒度小，所以受熱很快且均勻，可短時間可完成燒結(jié)，短時間實現(xiàn)合金化和致密化，也可短時間完成冷卻，從出料口出來的合金粉的顆粒度與原料粉基本相當(dāng)，無需進(jìn)行二次破碎，提高了產(chǎn)品實收率和松裝密度；本制備工藝直接將脫脂后預(yù)燒結(jié)前的混合料粉末進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，省掉了預(yù)燒結(jié)工序，加上產(chǎn)品無需二次破碎，又省掉了破碎工序，縮短了生產(chǎn)工藝鏈；連續(xù)生產(chǎn)方式還有利于提高效率和品質(zhì)穩(wěn)定性。本制備工藝可通過調(diào)節(jié)溫度、加熱區(qū)直徑大小和高度、氣體流量等參數(shù)以適用不同粒徑、不同成分、不同性能指標(biāo)的WC基合金粉制備；本工藝既可以制備WC基合金粉，也可以制備其它合金粉，如鐵基合金粉等。由此可知，本制備工藝可具有晶粒尺寸相對穩(wěn)定、可優(yōu)化顆粒形貌和性能、實收率高、工藝流程短、生產(chǎn)成本低、適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。


圖1是粒度為75-38um的WC_12Co混合料粉末掃描電鏡照片Q00X)；圖2是粒度為75-38um的WC_12Co混合料粉末掃描電鏡照片(2500X)；圖3是粒度為75-38um的WC_12Co合金粉末掃描電鏡照片Q00X)；圖4是粒度為75-38um的WC_12Co合金粉末掃描電鏡照片(2500X)；圖5是粒度為38-13um的WC_12Co合金粉末掃描電鏡照片Q00X)；圖6是粒度為38-13um的WC_12Co合金粉末掃描電鏡照片(5000X)；
具體實施例方式一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，其特征在于所述的該碳化鎢基熱噴涂合金粉末是采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，經(jīng)連續(xù)燒結(jié)爐燒結(jié)而成，A、所述的原料采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，其碳化鎢基混合料粉末的脫脂溫度為250-600°C，混合料粉末粒度等級包括250-150um，150_75um，75_38um， 38_13um ；^ 13um ；
B、所述的燒結(jié)采用立式金屬粉末連續(xù)燒結(jié)爐制備碳化鎢基合金粉末，該連續(xù)燒結(jié)爐上方設(shè)有水冷式進(jìn)料管，碳化鎢基混合料粉末原料從該水冷式進(jìn)料管連續(xù)加入，以自由落體形式通過爐體加熱區(qū)，在加熱區(qū)被快速加熱并快速完成燒結(jié)或合金化過程后繼續(xù)下落到爐體冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)快速冷卻到工藝溫度后從下方出料口連續(xù)落到爐體外的料桶中，實現(xiàn)將碳化鎢基混合料粉末連續(xù)燒結(jié)成碳化鎢基合金粉末工藝；所述的立式金屬粉末連續(xù)燒結(jié)爐使其碳化鎢基混合料粉末原料在該燒結(jié)爐加熱區(qū)內(nèi)的運(yùn)動方式為自由落體方式，在下落過程中粉末與加熱區(qū)發(fā)熱管之間為非接觸方式；該連續(xù)燒結(jié)爐加熱區(qū)長度為0. 5 2. Om,優(yōu)先采用1. 0 1. 5m ；加熱區(qū)直徑為 100 400mm，優(yōu)先采用Φ 180 Φ 250mm ；燒結(jié)溫度為1000 2100°C，混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間為0. 5- ，碳化鎢基混合料粉末原料進(jìn)料量為20 60kg/h，保護(hù)氣體采用氮氣或氬氣；所述的保護(hù)氣體分兩路進(jìn)入爐體，一路從加熱區(qū)上方進(jìn)入，經(jīng)加熱區(qū)、冷卻區(qū)從出料口出來，其保護(hù)氣體流量為10 30L/min ；另一路從加熱區(qū)下方進(jìn)入，經(jīng)冷卻區(qū)從出料口出來，保護(hù)氣體流量為20 70L/min。在本制備方法中，碳化鎢基混合料粉末原料在加熱區(qū)中與發(fā)熱管之間以非接觸方式自由落體，由于混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間短(一般不超過3秒鐘)，晶粒長大程度遠(yuǎn)小于將混合料粉末至于容器中燒結(jié)方式；各顆粒松散布置在加熱區(qū)中，加上粒度小，所以受熱很快且均勻，可短時間可完成燒結(jié)，短時間實現(xiàn)合金化和致密化，也可短時間完成冷卻，從出料口出來的合金粉的顆粒度與原料粉基本相當(dāng)，無需進(jìn)行二次破碎，提高了產(chǎn)品實收率和松裝密度；本制備工藝直接將脫脂后預(yù)燒結(jié)前的混合料粉末進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，省掉了預(yù)燒結(jié)工序，加上產(chǎn)品無需二次破碎，又省掉了破碎工序，縮短了生產(chǎn)工藝鏈；連續(xù)生產(chǎn)方式還有利于提高效率和品質(zhì)穩(wěn)定性。圖1、圖2照片顯示，未燒結(jié)前的混合料粉末顆粒內(nèi)部原始粉末由機(jī)械力結(jié)合成類球形，由于粘接劑的脫除(即脫脂)，顆粒表面呈現(xiàn)疏松粗糙，有一定程度的破裂破碎現(xiàn)象， 致密度低，強(qiáng)度小；圖3、圖4、圖5、圖6照片顯示，燒結(jié)后的合金粉末顆粒產(chǎn)生了一定程度的液相燒結(jié)，表面密實光滑，形貌更趨向于球形，基本沒有破裂破碎現(xiàn)象，那些破碎的混合料細(xì)小顆粒都變成了球形，實現(xiàn)了顆粒內(nèi)部由機(jī)械結(jié)合轉(zhuǎn)為冶金結(jié)合，形成具有一定強(qiáng)度性能的燒結(jié)合金粉末。本制備工藝可通過調(diào)節(jié)溫度、加熱區(qū)直徑大小和高度、氣體流量等參數(shù)以適用不同粒徑、不同成分、不同性能指標(biāo)的WC基合金粉制備；本工藝既可以制備WC基合金粉，也可以制備其它合金粉，如鐵基合金粉等。本制備工藝可具有晶粒尺寸相對穩(wěn)定、可優(yōu)化顆粒形貌和性能、實收率和松裝密度均高、工藝流程短、生產(chǎn)成本低、適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，其特征在于所述的該碳化鎢基熱噴涂合金粉末是采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，經(jīng)連續(xù)燒結(jié)爐燒結(jié)而成A、所述的原料采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，其碳化鎢基混合料粉末的脫脂溫度為250-600 0C，混合料粉末粒度等級包括250-150um ； 150-75um ；75_38um ； 38_13um ；^ 13um ；B、燒結(jié)采用立式金屬粉末連續(xù)燒結(jié)爐制備碳化鎢基合金粉末，該連續(xù)燒結(jié)爐上方設(shè)有水冷式進(jìn)料管，碳化鎢基混合料粉末原料從該水冷式進(jìn)料管連續(xù)加入，以自由落體形式通過爐體加熱區(qū)，在加熱區(qū)被快速加熱并快速完成燒結(jié)或合金化過程后繼續(xù)下落到爐體冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)快速冷卻到工藝溫度后從下方出料口連續(xù)落到爐體外的料桶中，實現(xiàn)將碳化鎢基混合料粉末連續(xù)燒結(jié)成碳化鎢基合金粉末工藝；連續(xù)燒結(jié)爐加熱區(qū)長度為0. 5 2. 0m，連續(xù)燒結(jié)爐加熱區(qū)直徑為100 400mm，碳化鎢基混合料粉末原料進(jìn)料量為20 60kg/h ；碳化鎢基混合料粉末原料在該燒結(jié)爐加熱區(qū)內(nèi)的運(yùn)動方式為自由落體方式，在下落過程中粉末與加熱區(qū)發(fā)熱管之間為非接觸方式；燒結(jié)溫度為1000 2100°C;混合料粉末通過加熱區(qū)的加熱時間為0. 5-5s ；保護(hù)氣體采用氮氣或氬氣；保護(hù)氣體分兩路進(jìn)入爐體，一路從加熱區(qū)上方進(jìn)入，經(jīng)加熱區(qū)、冷卻區(qū)從出料口出來， 流量為5 30L/min ；另一路從加熱區(qū)下方進(jìn)入，經(jīng)冷卻區(qū)從出料口出來，流量為20 70L/min。
2.如權(quán)利要求1所述的一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，其特征在于所述的連續(xù)燒結(jié)爐加熱區(qū)長度為1. 0 1. 5m ；連續(xù)燒結(jié)爐加熱區(qū)直徑為180 250mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳化鎢基熱噴涂合金粉末制備方法，該方法是采用脫脂后的碳化鎢基混合料粉末為原料，經(jīng)帶水冷式進(jìn)料管的立式金屬粉末連續(xù)燒結(jié)爐快速燒結(jié)而成，原料從進(jìn)料管加入，以自由落體形式通過爐體加熱區(qū)，原料在下落過程中物料與加熱區(qū)發(fā)熱管之間為非接觸方式；在加熱區(qū)被快速加熱并快速完成燒結(jié)或合金化過程后繼續(xù)下落到爐體冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)快速冷卻到工藝溫度后從下方出料口落到爐體外的料桶中，本制備方法通過連續(xù)不斷地給料、加熱、出料實現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)工藝，本制備方法具有晶粒尺寸相對穩(wěn)定、可優(yōu)化顆粒形貌和性能、實收率高、工藝流程短、生產(chǎn)成本低、適合工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)等特點。
文檔編號C23C4/06GK102554249SQ20121005350
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者言偉雄 申請人:株洲弗拉德科技有限公司