[发明专利]一种生产纳米碳化钨粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产碳化钨(化学式：WC)粉体的方法，尤其涉及一种生产纳米碳化钨粉体的方法，属于粉末冶金材料技术领域。

背景技术

纳米碳化钨粉体广泛应用于硬质合金、喷涂等领域。碳化钨为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体，熔点2870℃，沸点6000℃，相对密度15.63(18℃)。纳米碳化钨不溶于水、盐酸和硫酸，易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中。纯的纳米碳化钨易碎，若掺入少量钛、钴等金属，能够减少脆性。用作钢材切割工具的纳米碳化钨，常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物，以提高抗爆能力。纳米碳化钨的化学性质稳定。在纳米碳化钨中，碳原子嵌入钨金属晶格的间隙，并不破坏原有金属的晶格，形成填隙固溶体，因此也称填隙(或插入)化合物。纳米碳化钨可由钨和碳的混合物高温加热制得，氢气或烃类的存在能加速反应的进行。若用钨的含氧化合物进行制备，产品最终必须在1500℃进行真空处理，以除去碳氧化合物。纳米碳化钨适宜在高温下进行机械加工，可制作切削工具、窑炉的结构材料、喷气发动机、燃气轮机、喷嘴等产品。在耐磨损、耐腐蚀、高温、硬度诸性质方面，纳米碳化钨合金材料比最硬的钢铁强百倍。机械如需要好的耐磨损材料，最先考虑使用纳米碳化钨合金材料。虽然制品的成本会较高，但是耐用，可以减少机件失灵或换修的机会。利用此材料制成的零件，在工业上用途非常广泛。

制备纳米碳化钨粉体的传统方法可以分为如下几种，第一种是工业上广泛采用的氧化钨通氢还原法，第二种是仲钨酸铵还原制备纳米碳化钨粉。氧化钨通氢还原法是在十三管电炉中进行通氢碳化还原，合成的粉体在球磨机进行粒度细化处理，该方法工艺成熟，但能耗大，生产周期长。仲钨酸铵碳热还原制备纳米碳化钨粉，可以制备粒度较细的纳米碳化钨粉体，但该法同样存在能耗大、合成周期长问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，提供一种成本低、工序简单易行，节省原料的生产纳米碳化钨粉体的方法。

本发明的技术解决方案是：

一种生产纳米碳化钨粉体的方法，其特征在于，其步骤是：

(1)原料处理：以氧化钨粉体、碳黑、镁粉为原料按下式摩尔比配比球磨混合：

氧化钨粉体∶碳黑∶镁粉＝1∶3.6∶1

(2)步骤(1)处理后的粉体为基体原料，基体原料加入作为添加剂的氯化氨和碳酸钠形成反应原料，其重量百分比为：

基体原料：70％

氯化氨：15～25％

碳酸钠：5～15％

(3)球磨混合过筛：将步骤(2)反应原料搅拌球磨，取出后用40～60目筛网过筛成为粉料；

(4)自蔓燃反应：将步骤(3)过筛后的粉料装在不锈钢罐内，再将不锈钢罐放置在自蔓燃反应器内，对自蔓燃反应器抽真空后，在自蔓燃反应器内充入纯度＞99.99％的氩气，压力保持在2～4MPa，打开位于不锈钢罐内的点火器，当点火器温度超过800℃的粉料反应温度，点火器产生的高温使粉料自蔓燃合成，合成后，自然冷却；

(5)细磨和酸洗后得到成品：当自蔓燃反应器内的压力降到6MPa时，释放自蔓燃反应器内的压力，打开自蔓燃反应器，从不锈钢罐得到疏松、黑色的块状产物，然后对块状产物进行细磨，除去氧化镁和镁，得到纳米碳化钨粉体成品。

所述步骤(1)氧化钨粉体的纯度大于98.5％，粒度为100～300目；碳黑的纯度＞99.99％，粒度＜1微米；镁粉的纯度＞98％，粒度为200目。

上述步骤(1)的球磨混合采用球磨机进行球磨混合，选用直径为15毫米的钢球进行球磨混合4～8小时，原料与钢球的重量比为1∶1～2。

上述步骤(2)所述添加剂氯化氨和碳酸钠都为分析纯级试剂。

上述步骤(3)的反应原料搅拌球磨采用罐磨机进行搅拌球磨，将反应原料放置在罐磨机的钢桶中，以直径为15毫米的钢球为球磨介质，反应原料与钢球的重量比为1∶1～2，球磨时间1～2小时。

上述步骤(4)点火器为0.6毫米直径的钨丝缠绕而成的螺旋状点火器。

上述步骤(5)的细磨采用球磨机进行球磨，球磨时选用直径为15毫米的钢球进行球磨4～8小时，原料与钢球的重量比为1∶1～5；酸洗采用浓度为30％的硫酸进行酸洗。