[发明专利]一种原生粉和再生粉混合的硬质合金粉合成制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硬质合金和粉末冶金技术领域，具体涉及一种合成制备原生粉和再生粉混合的WC-Co粉末的方法。

背景技术

硬质合金被称为现代工业的“牙齿”，每年的使用量约1.5亿吨。原生的WC粉末依靠矿山的开采和系列的化学反应合成制备，需要消耗大量不可再生的钨和钴矿产资源，而且硬质合金制备过程排放的酸溶液、污水、有害气体等造成系列环境问题和自然生态的破坏。再生WC粉是采用废旧硬质合金为原料，通过一定的物理或化学处理，制备出可部分或全部代替原生硬质合金的粉末材料。由于废旧硬质合金的含钨量为40-95%，远高于钨矿到硬质合金的中间产物APT中的含钨量（7-60%），具有非常高的经济价值，因此，近年来回收制备再生WC和Co粉末受到了相关部门的极大关注。

目前大多数回收方法制备的再生料可明显降低原料成本，但存在的普遍问题是以之为原料制备的块体硬质合金的综合性能较差，远远低于原生粉制备的块体合金的性能。为提高再生硬质合金的性能，通常在原生粉中掺入一定比例的再生粉。常用的掺料方式是：将再生的WC粉和原生的WC粉一起与Co粉混合。该方法的严重缺点是原生粉和再生粉难以混合均匀，再生WC粉的聚集会明显降低制备的块体硬质合金的整体性能，更为重要的是该方法严重影响了产品的稳定性，不利于再生料的工业化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原生粉和再生粉混合的WC-Co粉的合成制备方法。将各种不同Co含量的钨钴类废旧硬质合金进行氧化制备再生钨钴氧化物混合物；按照最终原生与再生WC-Co混合粉（以下简称终态WC-Co混合粉）的要求，在钨氧化物、钴氧化物中加入一定量的炭黑和再生钨钴氧化物混合物，将混合料进行球磨处理；进而在真空炉中进行还原碳化，合成制备出由原生粉和再生粉混合的终态WC-Co混合粉。

本发明是一种原生粉和再生粉混合均匀的硬质合金粉末合成制备方法，包括以下步骤：

（1）以各种不同Co含量的钨钴类废旧硬质合金（优选Co含量3～20wt.%）为原料，在850～1100°C的温度下进行氧化，制备再生钨钴氧化物混合物（WO₃+CoWO₄）。

（2）测定再生钨钴氧化物混合物（WO₃+CoWO₄）中WO₃的含量，记为k％，由此混合物制备的再生WC-Co粉末中Co的含量记为p%，则p=23(1-k%)。

（3）根据步骤（2）的对应关系，按照终态WC-Co混合粉中Co和再生粉含量的要求，在步骤（1）得到的再生钨钴氧化物混合物中添加原生钨氧化物、原生钴氧化物及将其还原碳化合成WC和Co时所需的炭黑；

（4）将上述再生钨钴氧化物混合物、原生钨氧化物、原生钴氧化物和炭黑粉末进行球磨混合，随后在真空下进行原位还原碳化反应，其具体工艺是：真空炉内气体压强小于0.01Pa，升温速率10～20℃/min，反应温度1080～1200℃，保温1～3小时，制备得到再生粉和原生粉混合的终态WC-Co混合粉。

上述步骤（3）中原生钨氧化物为WO_2.9或WO₃，原生钴氧化物为Co₃O₄或Co₂O₃。

进一步，步骤（3）中再生钨钴氧化物混合物、原生钨氧化物、原生钴氧化物和炭黑的具体添加方法如下：

设终态WC-Co混合粉中Co的质量百分比为n%，n=3～20，再生料占m%（质量分数），0＜m＜100。

当n=p，即：n=23（1-k%），且再生钨钴氧化物混合物（WO₃+CoWO₄）质量份数为1时，根据终态WC-Co混合粉中Co含量n%和再生料含量m%确定需要的原生料和炭黑的质量份数：

当添加原生WO_2.9和Co₃O₄时，需添加原生WO_2.9的质量份数为0.98(1-n%)(100-m)/m，原生Co₃O₄的质量份数为1.14n%(100-m)/m，炭黑的质量份数为[(-0.07~0)+(19.95+2.732n%)/m]；