一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法
【專利摘要】一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法，包括以下步驟：首先在鎢酸銨溶液中添加一定量的碳酸鋰和氯化鈉的混合物作為母液，通過加熱干燥濃縮得到前驅體；然后選擇球形鎢粉作為母晶，并按照一定比例加入到前驅體中，混合均勻后放入管式還原爐中進行氫氣還原，還原后依次進行超聲波清洗、真空干燥和研磨球化制得中間體；將制得的中間體經氣流分級后獲得球形單晶鎢粉；本發明工藝設備簡單，生產效率高，制備的球形單晶鎢粉，其結晶完整、粒子致密、球形度高、流動性好、純度高，涂層硬度高、上粉率高、孔隙率低。
【專利說明】
一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及表面工程及熱噴涂技術領域，具體的說是涉及一種熱噴涂用球形單晶 鎢粉的制備方法。
【背景技術】
[0002] 熱噴涂技術是一種迅速發展起來的表面強化技術。它采用專用設備，利用熱源將 金屬或非金屬材料加熱到熔化或半熔化狀態，用高速氣流將其噴射到工件表面，形成涂層， 提高工件耐磨、耐腐蝕等性能。
[0003] 鎢具有高熔點、高硬度、低的熱膨脹系數以及吸收射線能力強的優點，在航空、航 天、軍事工業和電子工業等部門得到廣泛應用。其中熱噴涂用單晶鎢粉在高溫耐磨涂層、制 作多孔鎢部件噴涂、核聚變防護部件噴涂、耐磨材料領域、電子行業的熱沉材料等方面得以 廣泛應用。在噴涂領域，致密球形粉體、粒度范圍可調是形成均勻涂層的基礎，球形熱噴涂 單晶鎢粉不僅流動性好，結晶完整、粒子致密、球形度高、流動性好、純度高，得到的涂層硬 度高、上粉率高、孔隙率低。
[0004] 目前有報道氧化鎢高溫還原制備單晶鎢粉的制備方法，可制備粒徑為5_50μπι單晶 鎢粉，但其能耗高且顆粒多為小顆粒聚集一起形成大的類單晶體，不適合用于熱噴涂行業。 也有報道在APT中添加鋰元素或鈉元素制備單晶鎢粉，粒度可控制在15_150μπι，但其形貌為 不規則形，流動性差，也不適合用于熱噴涂行業。也有報道將不規則的多角鎢粉經棱角氧 化、破碎、篩分、洗滌、干燥得到球形度良好的鎢粉，但其氧化、破碎能耗高，制備的鎢粉粒度 細小，含有一定氧化鎢成分，不適合用于熱噴涂行業。也有采用等離子球化技術制備球形鎢 粉，此方法將普通鎢粉加到等離子射流中，使鎢粉顆粒表面或整體熔融形成熔滴，熔滴由于 表面張力而收縮成球形，再通過快速冷卻，從而獲得球形鎢粉，雖然通過這種方法可以制備 出顆粒表面光潔度高、密度增加、脆性降低和流動性好的鎢粉，但是該方法的設備昂貴，能 耗高，制備成本高，并非為單晶鎢粉，且球化過程出現鎢粉被氧化現象，難以實現工業化生 產與應用。
【發明內容】
[0005] 本發明為了解決上述技術問題，提供一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法，通 過制備前驅體、控制添加球形單晶母晶的晶粒大小及比例、無介質球化，提供一種工藝設備 簡單，生產效率高，粒度為20~150μπι熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法。其熱噴涂用球形 單晶鎢粉結晶完整、粒子致密、球形度高、流動性好、純度高，涂層硬度高、上粉率高、孔隙率 低。
[0006] 本發明為了解決上述技術問題，所采用的技術方案是：一種熱噴涂用球形單晶鎢 粉的制備方法，包括以下步驟： 步驟一、稱取質量濃度為30%~40%的鎢酸銨溶液，然后向稱取的鎢酸銨溶液中加入碳酸 鋰和氯化鈉的混合物，混合均勻后經干燥、濃縮制得前驅體，備用；其中，碳酸鋰和氯化鈉的 總添加量為lg/L~5g/L，碳酸鋰和氯化鈉的質量比為1:5~5:1; 步驟二、選取晶粒大小為0.5-5μπι的球形鎢粉作為母晶，并按照質量比為(0.1%-0.3%): 1添加到步驟一制備的前驅體中，混合均勻后備用； 步驟三、將步驟二制備的混合物在管式還原爐中進行氫氣還原，其中氫氣的流量為30 ~80ml/cm3 · min，還原溫度為800~1100°C，保溫時間為1~4小時，還原結束后在去離子水 中進行超聲波清洗，超聲功率為1200~2000W，清洗時間為0.5~2.5小時;然后在真空度為-0.05~-0.09MPa、溫度為60~110°C的條件下真空干燥1~3小時，備用； 步驟四、將經步驟三處理后的物料進行無介質球磨，制得中間體，備用； 步驟五、將步驟四制備的中間體在進料速度為100~200kg/h，風量為1500~2500m3/h 的條件下進行氣流分級獲得粒度在15_120μπι范圍內的球形單晶鎢粉。
[0007] 所述步驟四中制得的中間體的粒度為10-250μπι。
[0008] 本發明的有益效果:本發明通過制備前驅體，易于鎢粉晶粒的長大;控制球形單晶 母晶的晶粒大小及比例，易于控制單晶鎢粉的形貌及粒度分布;無球磨介質球化，易于控制 粉末的球形度及雜質含量。且本發明工藝設備簡單，生產效率高，易于實現產業化。通過本 發明制備的熱噴涂用球形單晶鎢粉結晶完整、粒子致密、球形度高、流動性好、純度高，涂層 硬度高、上粉率高、孔隙率低。
【具體實施方式】
[0009] -種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法，包括以下步驟： 稱取質量濃度為30%~40%的鎢酸銨溶液，然后向稱取的鎢酸銨溶液中加入碳酸鋰和氯 化鈉的混合物，混合均勻后經干燥、濃縮制得前驅體，備用；其中，碳酸鋰和氯化鈉的總添加 量為lg/L~5g/L，碳酸鋰和氯化鈉的質量比為1:5~5:1; 步驟二、選取晶粒大小為0.5-5μπι的球形鎢粉作為母晶，并按照質量比為(0.1%-0.3%): 1添加到步驟一制備的前驅體中，混合均勻后備用； 步驟三、將步驟二制備的混合物在管式還原爐中進行氫氣還原，其中氫氣的流量為30 ~80ml/cm3 · min，還原溫度為800~1100°C，保溫時間為1~4小時，還原結束后在去離子水 中進行超聲波清洗，超聲功率為1200~2000W，清洗時間為0.5~2.5小時;然后在真空度為-0.05~-0.09MPa、溫度為60~110°C的條件下真空干燥1~3小時，備用； 步驟四、將經步驟三處理后的物料進行無介質球磨，制得中間體，備用； 步驟五、將步驟四制備的中間體在進料速度為100~200kg/h，風量為1500~2500m3/h 的條件下進行氣流分級獲得粒度在15_120μπι范圍內的球形單晶鎢粉。
[0010] 所述步驟四中制得的中間體的粒度為10-250μπι。
[0011] 以下結合【具體實施方式】進一步闡釋本發明。
[0012] 實施例1 一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法，包括以下步驟： 步驟一、稱取質量濃度為33%的鎢酸銨溶液，然后向稱取的鎢酸銨溶液中加入碳酸鋰和 氯化鈉的混合物，混合均勻后經干燥、濃縮制得前驅體，備用；其中，碳酸鋰和氯化鈉的總添 加量為2g/L，碳酸鋰和氯化鈉的質量比為1:3; 步驟二、選取晶粒大小為Ιμπι的球形鎢粉作為母晶，并按照質量比為0.1%: 1添加到步驟 一制備的前驅體中，混合均勻后備用； 步驟三、將步驟二制備的混合物在管式還原爐中進行氫氣還原，其中氫氣的流量為 40ml/cm3 · min，還原溫度為900°C，保溫時間為2小時，還原結束后在去離子水中進行超聲 波清洗，超聲功率為1500W，清洗時間為1小時;然后在真空度為-0.06MPa、溫度為80 °C的條 件下真空干燥1小時，備用； 步驟四、將經步驟三處理后的物料進行無介質球磨，得到10-90M1的球形鎢粉，備用； 步驟五、將步驟四制備的中間體在進料速度為l〇〇kg/h，風量為1800m3/h的條件下進行 氣流分級獲得粒度在20-63μπι范圍內的球形單晶鎢粉。
[0013] 本實施例的熱噴涂用單晶鎢粉檢測數據如表1所示，其表面形態如表1所示： 表1實施例1熱噴涂用單晶鎢粉的檢測結果表
實施例2 一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法，包括以下步驟： 步驟一、稱取質量濃度為37%的鎢酸銨溶液，然后向稱取的鎢酸銨溶液中加入碳酸鋰和 氯化鈉的混合物，混合均勻后經干燥、濃縮制得前驅體，備用；其中，碳酸鋰和氯化鈉的總添 加量為3g/L，碳酸鋰和氯化鈉的質量比為2:3; 步驟二、選取晶粒大小為3μπι的球形鎢粉作為母晶，并按照質量比為0.3%: 1添加到步驟 一制備的前驅體中，混合均勻后備用； 步驟三、將步驟二制備的混合物在管式還原爐中進行氫氣還原，其中氫氣的流量為 70ml/cm3 · min，還原溫度為1050°C，保溫時間為2小時，還原結束后在去離子水中進行超聲 波清洗，超聲功率為1800W，清洗時間為1.5小時;然后在真空度為-0.08MPa、溫度為100 °C的 條件下真空干燥1小時，備用； 步驟四、將經步驟三處理后的物料進行無介質球磨，得到20-120μπι的球形鎢粉，備用； 步驟五、將步驟四制備的中間體在進料速度為120kg/h，風量為2300m3/h的條件下進行 氣流分級獲得粒度在45-90μπι范圍內的球形單晶鎢粉。
[0014] 本實施例的熱噴涂用單晶鎢粉檢測數據如表2所示，其表面形態如表2所示： 表2實施例2熱噴涂用單晶鎢粉的檢測結果表
實施例3 一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法，包括以下步驟： 步驟一、稱取質量濃度為30%%的鎢酸銨溶液，然后向稱取的鎢酸銨溶液中加入碳酸鋰 和氯化鈉的混合物，混合均勻后經干燥、濃縮制得前驅體，備用;其中，碳酸鋰和氯化鈉的總 添加量為lg/L，碳酸鋰和氯化鈉的質量比為1:5; 步驟二、選取晶粒大小為〇.5μπι的球形鎢粉作為母晶，并按照質量比為0.2%: 1添加到步 驟一制備的前驅體中，混合均勻后備用； 步驟三、將步驟二制備的混合物在管式還原爐中進行氫氣還原，其中氫氣的流量為 30ml/cm3 · min，還原溫度為800°C，保溫時間為1小時，還原結束后在去離子水中進行超聲 波清洗，超聲功率為1200W，清洗時間為0.5小時;然后在真空度為-0.05MPa、溫度為60°C的 條件下真空干燥1小時，備用； 步驟四、將經步驟三處理后的物料進行無介質球磨，制得中間體，備用； 步驟五、將步驟四制備的中間體在進料速度為l〇〇kg/h，風量為1500m3/h的條件下進行 氣流分級獲得粒度在15-120μπι范圍內的球形單晶鎢粉。
[0015] 實施例4 一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法，包括以下步驟： 步驟一、稱取質量濃度為~40%的鎢酸銨溶液，然后向稱取的鎢酸銨溶液中加入碳酸鋰 和氯化鈉的混合物，混合均勻后經干燥、濃縮制得前驅體，備用;其中，碳酸鋰和氯化鈉的總 添加量為5g/L，碳酸鋰和氯化鈉的質量比為5:1; 步驟二、選取晶粒大小為5μπι的球形鎢粉作為母晶，并按照質量比為0.3%: 1添加到步驟 一制備的前驅體中，混合均勻后備用； 步驟三、將步驟二制備的混合物在管式還原爐中進行氫氣還原，其中氫氣的流量為 80ml/cm3 · min，還原溫度為1100°C，保溫時間為4小時，還原結束后在去離子水中進行超聲 波清洗，超聲功率為2000W，清洗時間為2.5小時;然后在真空度為_0.0910^、溫度為110°(：的 條件下真空干燥3小時，備用； 步驟四、將經步驟三處理后的物料進行無介質球磨，制得中間體，備用； 步驟五、將步驟四制備的中間體在進料速度為200kg/h，風量為2500m3/h的條件下進行 氣流分級獲得粒度在15-120μπι范圍內的球形單晶鎢粉。
【主權項】
1. 一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法，其特征在于:包括以下步驟： 步驟一、稱取質量濃度為30%~40%的鎢酸銨溶液，然后向稱取的鎢酸銨溶液中加入碳酸 鋰和氯化鈉的混合物，混合均勻后經干燥、濃縮制得前驅體，備用；其中，碳酸鋰和氯化鈉的 總添加量為lg/L~5g/L，碳酸鋰和氯化鈉的質量比為1:5~5:1; 步驟二、選取晶粒大小為0.5-5μπι的球形鎢粉作為母晶，并按照質量比為(0.1%-0.3%): 1添加到步驟一制備的前驅體中，混合均勻后備用； 步驟三、將步驟二制備的混合物在管式還原爐中進行氫氣還原，其中氫氣的流量為30 ~80ml/cm3 · min，還原溫度為800~1100°C，保溫時間為1~4小時，還原結束后在去離子水 中進行超聲波清洗，超聲功率為1200~2000W，清洗時間為0.5~2.5小時;然后在真空度為- 0.05~-0.09MPa、溫度為60~110°C的條件下真空干燥1~3小時，備用； 步驟四、將經步驟三處理后的物料進行無介質球磨，制得中間體，備用； 步驟五、將步驟四制備的中間體在進料速度為100~200kg/h，風量為1500~2500m3/h的 條件下進行氣流分級獲得粒度在15_120μπι范圍內的球形單晶鎢粉。2. 如權利要求1所述的一種熱噴涂用球形單晶鎢粉的制備方法，其特征在于:所述步驟 四中制得的中間體的粒度為1〇-250μπι。
【文檔編號】B22F9/22GK106077696SQ201610709045
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月24日
【發明人】謝屹峰, 楊躍, 劉寶剛, 張國鋒, 郭望望
【申請人】洛陽金鷺硬質合金工具有限公司