專利名稱：鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉的制備方法。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金因其具有高硬度，高紅硬性，極高的抗壓強(qiáng)度、高耐磨及抗腐蝕性等優(yōu)異性能，幾乎在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門都得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)是硬質(zhì)合金的生產(chǎn)大國(guó)，已有60 多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)鎢礦資源十分豐富。近年來，世界各國(guó)對(duì)超細(xì)晶粒(WC平均晶粒<0 .2 _ )硬質(zhì)合金的研究十分關(guān)注， 而且取得了很大進(jìn)展，如瑞典、美國(guó)、中國(guó)、日本、德國(guó)、俄羅斯等國(guó)，已能夠少批量生產(chǎn)這種合金。近十年的報(bào)導(dǎo)顯示，超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金比常規(guī)同牌號(hào)硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度和耐磨性能成倍提高，因此超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的研制與推廣工作，在世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均投入了大量的人力物力，競(jìng)爭(zhēng)十分劇烈。早在40多年前硬質(zhì)合金噴塗粉末就已用來在鋼材及合金材料或零件表面進(jìn)行表面改性的研究工作，在很多行業(yè)中已取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。近年來在高溫條件下的抗砂粒氣流，砂粒液流和高溫，高速燃?xì)饬鞯葪l件下的抗磨損材料，提出了更高的要求。特別是在燃?xì)廨喓蛧姎獍l(fā)動(dòng)機(jī)等軍事工業(yè)中，這種需求更為迫切。近期的研究表明，采用超細(xì)晶粒(WC平均粒徑彡300nm)的鈷包碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉末，可以較好的解決上述抗磨損問題。但遺憾的是，在我國(guó)硬質(zhì)合金行業(yè)中目前仍不能大批量生產(chǎn)納米級(jí)(WC平均粒徑 ^ 80nm)超細(xì)的碳化鎢粉末，故更高一級(jí)的納米級(jí)超細(xì)的鈷包碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉末的研制工作，也受到較大影響。北京科技大學(xué)的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金專題組，在國(guó)家863課題及國(guó)家自然科學(xué)基金等部門領(lǐng)導(dǎo)下，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)二十多年的研究，完成了納米級(jí)鈷粉、鎳粉、納米級(jí)鎢粉、碳化鎢粉等的工業(yè)化制備技術(shù)的研究任務(wù)。獲得了二十多項(xiàng)發(fā)明專利。在此基礎(chǔ)上又研究開發(fā)了納米級(jí)鈷包碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉末的制備技術(shù)。本發(fā)明的目的是能夠從生產(chǎn)技術(shù)上提供一種簡(jiǎn)單易行的制備鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉末的制備技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于從生產(chǎn)技術(shù)上，提供一種簡(jiǎn)單易行的制備鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉末的制備技術(shù)。所使用的方法是利用自有專利生產(chǎn)的平均粒徑< 50nm的鈷粉和平均粒徑彡SOnm的碳化鎢粉見申請(qǐng)者自有的兩項(xiàng)發(fā)明專利(ZL200510011735. 5 ； ZL200410009568. 6)按照合金成分配料，稱取兩種納米粉末，倒入剪切濕混機(jī)中(申請(qǐng)者專利ZL200410009685. 6)經(jīng)剪切機(jī)濕混，真空干燥(50 70°C )，制成YG類合金混合料，然后加入石蠟丙酮溶液，在滾筒制粒機(jī)中制成YG類合金的微型小球粉，再經(jīng)低溫(680 780V; 45 80分)H2氣保護(hù)條件下燒結(jié)，即可獲得鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉末。具體工藝如下1.配料
按YG3_25類硬質(zhì)合金成分要求，稱取一定質(zhì)量的平均粒徑< 50nm的納米鈷粉和平均粒徑彡SOnm納米碳化鎢粉一并裝入剪切濕混機(jī)料倉(cāng)內(nèi)，加入等體積灑精，備用；其中，納米鈷粉質(zhì)量百分含量3%-2596，納米碳化鎢粉質(zhì)量百分含量75%-97% ；
2.剪切濕混
啟動(dòng)剪切濕混機(jī)，在轉(zhuǎn)速為10000 20000rpm的旋轉(zhuǎn)條件下，按45 60分/公斤，在剪切片相互剪切作用下可以破壞納米粉中的橋接團(tuán)粒，從而能達(dá)到兩種納米粉末間的均勻混合，得到料漿，備用；
3.真空干燥
將所述剪切濕混后的料漿放入盤中，在真空烘干箱內(nèi)，在真空度為30pa，溫度為50 80°C、干燥時(shí)間45 80分，并回收酒精；
4.加膠
將真空干燥后的硬質(zhì)合金混合料粉末加入石蠟置于螺旋混料機(jī)中，將濃度為25%石蠟丙酮溶液放入底部有漏斗的溶液筒內(nèi)并緩慢滴入混合料中，在螺旋混料機(jī)中不斷攪拌混合，攪拌10分鐘方可出料，在不銹鋼盤內(nèi)風(fēng)干5分鐘；其中，硬質(zhì)合金混合料粉末與石蠟的質(zhì)量比為100 1. 5 ；
5.制粒
將經(jīng)上述步驟加膠后的混合料放入制粒機(jī)中，獲得粒狀的微型球體粉末，經(jīng)過篩后淘汰過細(xì)和過粗的球粉，最終可得到尺寸合格的粒狀球形粉末；
6.低溫?zé)Y(jié)
將尺寸合格的粒狀球形粉末置于壓氣爐中，在溫度為680 780°C，H2截面流量為 50-60ml/min. cm2,時(shí)間45 60分進(jìn)行燒結(jié)，得到鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
1.從生產(chǎn)技術(shù)上提供了一種名符其實(shí)的納米級(jí)超細(xì)的硬質(zhì)合金的噴塗粉末，鈷粉的平均粒徑< 50nm，WC粉平均粒徑< 80nm
2.所用設(shè)備簡(jiǎn)單，工序短、成本低、效率高。3.高速剪切濕混機(jī)明顯的縮短了混料時(shí)間，能有效的消除納米粉中的橋接團(tuán)粒， 改善和細(xì)化了噴塗層合金中WC的平均晶粒150 200nm)，合金組識(shí)非常均勻，耐磨性明顯提尚ο4.由于同時(shí)采用納米鈷和碳化鎢粉，可使球粉預(yù)燒溫度和實(shí)際噴塗溫度明顯降低，不僅能節(jié)約能源更重要的是能明顯地提高噴塗層合金的各項(xiàng)性能。5.所得粉末球形度好，流動(dòng)性好，各種噴塗設(shè)備均能適用。
圖1是本發(fā)明的制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1制備10公斤鈷包納米碳化鎢(YG8)硬質(zhì)合金噴塗粉末應(yīng)按下列步驟 1.稱取9. 2kg的(平均粒徑< 80nm)納米碳化鎢粉和0. 8kg的(平均粒徑< 50nm)的納米鈷粉。按納米粉酒精=1:5 (質(zhì)量比)加入無水酒精，在容器內(nèi)攪拌初混制成料漿。2.剪切濕混
將上述料漿倒入剪切濕混機(jī)的料倉(cāng)內(nèi)，同時(shí)開動(dòng)料漿泵和剪切濕混機(jī)，在轉(zhuǎn)速為 IOOOOrpm的旋轉(zhuǎn)條件下，按48分/公斤，將納米粉中的橋接團(tuán)粒破碎，并使兩種納米粉均勻混合，剪切濕混時(shí)間為8小時(shí)。制成混合料漿。3.真空干燥
將上述料漿放入真空烘干箱中，同時(shí)開啟抽空、加熱和酒精回收開關(guān)，在真空度30Pa、 50°C下，干燥(80分鐘)，并將酒精回收 4.加膠
將真空干燥后的硬質(zhì)合金混合料(IOKg)按混合料石蠟=100 1. 5 (質(zhì)量比)將濃度為 25% (質(zhì)量比)的石蠟丙酮溶液300ml放入底部有漏斗的溶液筒內(nèi)并緩慢滴入混合料中，在螺旋混料機(jī)中不斷攪拌混合，待溶液全部滴入混合料后，再攪拌10分鐘方可出料，在不銹鋼盤內(nèi)風(fēng)干5分鐘。5.制粒
將加膠后的混合料，從制粒機(jī)的入口處加入，在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下粉末將會(huì)形成球形粒狀粉，并經(jīng)出口流出，轉(zhuǎn)入過篩，取出合格的-0. 35mm+0. 149mm球形粉，淘汰過細(xì)的 (-0. 149mm)和過粗的(+0. 35mm)球粉并返回到螺旋混料機(jī)內(nèi)，再加50 ml/Kg丙酮液，攪拌 10分鐘后，再進(jìn)行制粒 6.低溫?zé)Y(jié)
將制粒后的球形粉末在H2氣爐中(720 V、50分)低溫?zé)Y(jié)，H2截面流量為50-60ml/min. cm2,即可制成WC平均粒徑<80nm的球形硬質(zhì)合金噴涂粉末。將球形粉末進(jìn)行粒度組成篩分測(cè)定和球粉流動(dòng)性測(cè)定。另將球形顆粒用環(huán)氧樹脂鑲樣磨制金相試樣，用掃描電鏡(SEM)和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FSEM)進(jìn)行WC晶粒尺寸測(cè)定。采用真空包裝。實(shí)施例2
制備1公斤鈷包納米碳化鎢(YG8)硬質(zhì)合金噴塗粉末應(yīng)按下列步驟 1.稱取0. 92kg的(平均粒徑< 80nm)納米碳化鎢粉和0. 08kg的(平均粒徑< 50nm)的納米鈷粉。按納米粉酒精=1:5 (質(zhì)量比)加入無水酒精，在容器內(nèi)攪拌初混制成料漿。2.剪切濕混
將上述料漿倒入剪切濕混機(jī)的料倉(cāng)內(nèi)，同時(shí)開動(dòng)料漿泵和剪切濕混機(jī)，料漿在高速剪切片的剪切破碎下，將納米粉中的橋接團(tuán)粒破碎，并使兩種納米粉均勻混合，剪切濕混時(shí)間為8小時(shí)。制成混合料漿。3.真空干燥
將上述料漿放入真空烘干箱中，同時(shí)開啟抽空、加熱和酒精回收開關(guān)，在真空度30Pa、 50°C下，干燥(80分鐘)，并將酒精回收 4.加膠
將真空干燥后的硬質(zhì)合金混合料(IKg)按混合料石蠟=100 1. 5 (質(zhì)量比)將濃度為25% (質(zhì)量比)的石蠟丙酮溶液30ml放入底部有漏斗的溶液筒內(nèi)并緩慢滴入混合料中，在螺旋混料機(jī)中不斷攪拌混合，待溶液全部滴入混合料后，再攪拌10分鐘方可出料，在不銹鋼盤內(nèi)風(fēng)干5分鐘。5.制粒
將加膠后的混合料，從制粒機(jī)的入口處加入，在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下粉末將會(huì)形成球形粒狀粉，并經(jīng)出口流出，轉(zhuǎn)入過篩，取出合格的-0. 35mm+0. 149mm球形粉，淘汰過細(xì)的 (-0. 149mm)和過粗的(+0. 35mm)球粉并返回到螺旋混料機(jī)內(nèi)，再加50 ml/Kg丙酮液，攪拌 10分鐘后，再進(jìn)行制粒 6.低溫?zé)Y(jié)
將制粒后的球形粉末在H2氣爐中(720 V、50分)低溫?zé)Y(jié)，H2截面流量為50-60ml/min. cm2即可制成WC平均粒徑<80nm的球形硬質(zhì)合金噴涂粉末。實(shí)施例3
制備100公斤鈷包納米碳化鎢(YG8)硬質(zhì)合金噴塗粉末應(yīng)按下列步驟 1.稱取92kg的(平均粒徑< 80nm)納米碳化鎢粉和8kg的(平均粒徑< 50nm)的納米鈷粉。按納米粉酒精=1:5 (質(zhì)量比)加入無水酒精，在容器內(nèi)攪拌初混制成料漿。2.剪切濕混
將上述料漿倒入剪切濕混機(jī)的料倉(cāng)內(nèi)，同時(shí)開動(dòng)料漿泵和剪切濕混機(jī)，料漿在高速剪切片的剪切破碎下，將納米粉中的橋接團(tuán)粒破碎，并使兩種納米粉均勻混合，剪切濕混時(shí)間為8小時(shí)。制成混合料漿。3.真空干燥
將上述料漿放入真空烘干箱中，同時(shí)開啟抽空、加熱和酒精回收開關(guān)，在真空度30Pa、 50°C下，干燥(80分鐘)，并將酒精回收 4.加膠
將真空干燥后的硬質(zhì)合金混合料(IOOKg)按混合料石蠟=100 1. 5 (質(zhì)量比)將濃度為25%(質(zhì)量比)的石蠟丙酮溶液3000ml放入底部有漏斗的溶液筒內(nèi)并緩慢滴入混合料中， 在螺旋混料機(jī)中不斷攪拌混合，待溶液全部滴入混合料后，再攪拌10分鐘方可出料，在不銹鋼盤內(nèi)風(fēng)干5分鐘。5.制粒
將加膠后的混合料，從制粒機(jī)的入口處加入，在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下粉末將會(huì)形成球形粒狀粉，并經(jīng)出口流出，轉(zhuǎn)入過篩，取出合格的-0. 35mm+0. 149mm球形粉，淘汰過細(xì)的 (-0. 149mm)和過粗的(+0. 35mm)球粉并返回到螺旋混料機(jī)內(nèi)，再加50 ml/Kg丙酮液，攪拌 10分鐘后，再進(jìn)行制粒 6.低溫?zé)Y(jié)
將制粒后的球形粉末在H2氣爐中(720°C、50分)低溫?zé)Y(jié)，H2截面流量為50-60ml/ min. cm2,即可制成WC平均粒徑<80nm的球形硬質(zhì)合金噴涂粉末。
權(quán)利要求
1. 一種鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟1.配料按YG3_25類硬質(zhì)合金成分要求，稱取一定質(zhì)量的平均粒徑< 50nm的納米鈷粉和平均粒徑彡SOnm納米碳化鎢粉一并裝入剪切濕混機(jī)料倉(cāng)內(nèi)，加入等體積灑精，備用；其中，納米鈷粉質(zhì)量百分含量3%-2596，納米碳化鎢粉質(zhì)量百分含量75%-97% ；
2.剪切濕混啟動(dòng)剪切濕混機(jī)，在轉(zhuǎn)速為10000 20000rpm的旋轉(zhuǎn)條件下，按45 60分/公斤，在剪切片相互剪切作用下可以破壞納米粉中的橋接團(tuán)粒，從而能達(dá)到兩種納米粉末間的均勻混合，得到料漿，備用；
3.真空干燥將所述剪切濕混后的料漿放入盤中，在真空烘干箱內(nèi)，在真空度為30pa，溫度為50 80°C、干燥時(shí)間45 80分，并回收酒精；
4.加膠將真空干燥后的硬質(zhì)合金混合料粉末加入石蠟置于螺旋混料機(jī)中，將濃度為25%石蠟丙酮溶液放入底部有漏斗的溶液筒內(nèi)并緩慢滴入混合料中，在螺旋混料機(jī)中不斷攪拌混合，攪拌10分鐘方可出料，在不銹鋼盤內(nèi)風(fēng)干5分鐘；其中，硬質(zhì)合金混合料粉末與石蠟的質(zhì)量比為100 1. 5 ；
5.制粒將經(jīng)上述步驟加膠后的混合料放入制粒機(jī)中，獲得粒狀的微型球體粉末，經(jīng)過篩后淘汰過細(xì)和過粗的球粉，最終可得到尺寸合格的粒狀球形粉末；
6.低溫?zé)Y(jié)將尺寸合格的粒狀球形粉末置于H2氣爐中，在溫度為680 780°C，H2截面流量為 50-60ml/min. cm2,時(shí)間45 60分進(jìn)行燒結(jié)，得到鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉的制備方法，該方法將平均粒徑≤50nm的鈷粉和平均粒徑≤80nm的碳化鎢粉按照合金成分配料，分別稱取兩種納米粉末，倒入剪切濕混機(jī)中經(jīng)剪切機(jī)濕混，真空干燥(50～70℃)，制成YG類合金混合料，然后加入石蠟丙酮溶液，在滾筒制粒機(jī)中制成YG類合金的微型小球粉，再經(jīng)低溫(680～780℃；45~80分)H2氣保護(hù)條件下燒結(jié)，即可獲得鈷包納米碳化鎢硬質(zhì)合金噴塗粉末。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所用設(shè)備簡(jiǎn)單，工序短、成本低、效率高；縮短了混料時(shí)間，能有效的消除納米粉中的橋接團(tuán)粒，改善和細(xì)化了噴塗層合金中WC的平均晶粒；合金組識(shí)非常均勻，耐磨性明顯提高，所得粉末球形度好，流動(dòng)性好，各種噴塗設(shè)備均能適用。
文檔編號(hào)C23C4/10GK102179512SQ201110104328
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者劉青, 吳成義, 戚君婷, 李艷軍, 王建軍, 王文琴, 辛延君, 郭志猛 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)