[发明专利]一种碳化钨-碳化钛固溶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种碳化钨-碳化钛固溶体的制备方法。

背景技术

碳化钨-碳化钛固溶体即（Ti, W）C复式碳化物，具有高熔点、高硬度、高耐磨性、极好的抗粘结、抗氧化和磨损的能力，被广泛应用于机械加工用硬质合金产品中。研究发现，添加碳化物的混合物时，因为在合金烧结过程中会发生固溶反应，使碳量控制变得困难，因此在硬质合金生产中一般是以碳化物固溶体的方式添加到硬质合金中。碳化钨-碳化钛固溶体按照配比不同分为饱和固溶体和未饱和固溶体，常用的TiC : WC配比有30：70、40：60、50：50等几种。制备固溶体所用原料、所采用的碳化工艺等对（Ti, W）C 固溶体的成分、粒度、结构和性能以及合金性能都有显著影响，晶粒细、亚晶尺寸大、微观应变小的（Ti, W）C 制取的合金有较好的性能。

传统的制备碳化钨-碳化钛固溶体的方法是以工业TiO₂和WC为原料，碳黑作为还原剂，使用球磨机进行混合，在石墨管电炉中于2000~2300℃的温度下反应。该制备方法有以下缺点，一是球磨机球磨效率低，对原料主要是混合作用，破碎作用小。二是反应温度高，使得制备的碳化钨-碳化钛固溶体烧结长大明显。三是产品氧氮含量高，有些要经过二次真空处理。其典型产品见附图1，其氧含量大于0.15%，氮含量大于0.29%，从图中可以看出，其粒度在3.0μm以上，粒度分布不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳化钨-碳化钛固溶体的方法，反应温度低，氧、氮含量低。

本发明的碳化钨-碳化钛固溶体的制备方法，包括以下步骤：将TiO₂粉、WC粉、超细钨粉和炭黑进行配料、球磨、烧结，得到碳化钨-碳化钛固溶体。

作为改进，上述超细钨粉的BET粒度≤0.1μm。

作为改进，超细钨粉占原料总重量的1%~3.5%。

作为改进，上述球磨为在湿磨机中湿磨6~24h。

作为进一步改进，上述湿磨介质为水、酒精或丙酮中的一种。

作为改进，上述烧结为将物料干燥后在通氢气保护下，烧结温度为1700~1900℃，保温4~6h。

作为改进，将烧结后的物料经破碎和过筛。

本发明的生产微细碳化钨-碳化钛固溶体的方法，以工业TiO₂和炭黑为原料，具有如下优点：

（1）本发明利用超细钨粉的高活性，使碳化、固溶反应能更迅速地进行，使本发明的反应温度可控制在1600~1900℃，大大降低了反应温度，节约了能源，且通过一次反应即可生产出氧、氮含量低的碳化钨-碳化钛固溶体，提高了生产效率。

（2）由于反应在较低温度下进行，同时湿磨使原料的粒度变细，使反应产物的粒度在2.0μm以下，比传统方法生产的更细，更均匀，粒度分布更好。

附图说明

图1为传统方法生产的碳化钨-碳化钛固溶体扫描电镜图，放大倍率1000倍。

图2为实施例1生产的碳化钨-碳化钛固溶体扫描电镜图，放大倍率1000倍。

图3为实施例2生产的碳化钨-碳化钛固溶体扫描电镜图，放大倍率1000倍。

图4为实施例3生产的碳化钨-碳化钛固溶体扫描电镜图，放大倍率3000倍。

具体实施方式

本发明制备碳化钨-碳化钛固溶体的方法，是将TiO₂粉、WC粉、超细W粉、炭黑按碳化钨-碳化钛固溶体的配比进行配料；下述实施例以TiC:WC配比为1:1配料为例进行说明。所述炭黑可用粉末炭黑或经过制粒的炭黑。

实施例1：按下述步骤制备碳化钨-碳化钛固溶体：

（1）将TiO₂粉、WC粉（费氏粒度1.0μm）、超细钨粉（BET粒度 0.088μm）与制粒炭黑按下述质量百分比进行配料：TiO₂ 45.7%，WC 32.8%，炭黑20.5%，超细钨粉1%；

（2）将配好的料加入酒精400mL，在湿磨机中球磨6h，球磨机转速为36r/min；

（3）将湿磨后的物料干燥后装入石墨舟皿中，向中频炉中通氢气，氢气流量为0.2 m³/h，在1900℃下烧结反应，保温6h；

（4）将反应后的物料用球磨机破碎4h，过100目筛，制备出粒度为1.85μm的碳化钨-碳化钛固溶体，其氧氮含量见表1，形貌见图2，粒度比传统方法生产的更细、更均匀、粒度分布更好。