碳化鎢鋁硬質合金納米粉末的製備方法
2023-06-08 09:24:56 2
專利名稱：碳化鎢鋁硬質合金納米粉末的製備方法
技術領域：
本發明屬於碳化鎢鋁硬質合金W1-xAlxC，x＝0-0.86納米粉末的製備方法。
硬質合金WC的莫氏硬度為+9，是重要的機械加工刀具材料，廣泛地應用於車、刨、銑、鏜、鉸、銼、拉削和玻璃切割。同時，在鍛模、拉模、軋輥、油井鑽具、礦山鑽具、開鑿鑽具及穿甲彈芯等方面都有大量應用。
W1-xAlxC固溶體材料的合成至今未見報導。部分鋁進入WC晶格中的鎢位可有效地減少合金的密度，並對材料的抗氧化性、韌性等帶來影響，同時降低材料成本。鋁的原子半徑與鎢接近，但二者的熔點差和密度差很大，不能通過常規的合金熔煉方法製備合金、再通過高溫碳化的方法得到W1-xAlxC固溶體。
本發明的目的是提供一種碳化鎢鋁硬質合金納米粉末的製備方法。該方法以鎢粉、鋁粉、碳粉和碳化鎢粉為原料，通過機械合金化方法合成W1-xAlxC。
本發明利用機械合金化技術通過球的撞擊、摩擦等方式，將磨球的動能提供給反應體系，同時保證各反應物良好的接觸，通過表面固相反應和擴散，使碳進入鎢的晶格間隙位、鋁進入鎢的晶格位，從而實現合金化，並得到納米尺寸的合金粉末。
本發明的過程是將鎢粉粒度小於200目，純度大於99.8％，鋁粉粒度小於200目，純度大於99.5％，碳粉粒度小於300目，純度大於95％，按合金組分W1-xAlxC，x＝0-0.86稱量，碳過量5-10％，放入高能球磨罐中，罐的直徑是54毫米、高是54毫米，磨罐和磨球均為碳素鋼材質，球料比為15∶1，在氬氣保護下球磨100-200小時，得到產物；或將經機械合金化法製備的W1-xAlx，x＝0-0.86的二元合金與按化學計量比過量5-10％的碳一起球磨100-200小時，得到產物；或將經機械合金化法製備的W1-xAlx，x＝0-0.86的二元合金與按化學計量比過量5-10％的碳一起球磨5-80小時，在氬氣下燒結700-1500度、4-6小時，得到產物；或將碳化鎢粉、鋁粉和碳粉按化學計量比碳過量3-5％，球磨80-150小時得到產物。只經機械合金化得到的產物通過粉末X射線衍射證實為六方對稱性的WC結構，各條譜線均與WC相應譜線重合，衍射峰寬化但未觀察到明顯的位移，說明鋁進入晶格後並不對WC的晶格產生明顯的畸變。衍射峰寬化是晶粒細化的結果，利用謝樂公式計算其晶粒大小為8-20納米。經700-1500度、4-6小時處理的產物譜線尖銳，結晶狀態良好。
本發明的特點是通過本方法可以得到新的硬質合金固溶體W1-xAlxC，而且工藝簡單、操作方便、室溫合成，產物為高活性的納米粉有利於進一步的粉末冶金燒結製件。
本發明提供的實施例如下實施例1將鎢粉，粒度小於200目，純度大於99.8％，與碳粉，粒度小於300目，純度大於95％，按WC計量稱量，碳過量5％，原料重量10克，鋼球150克，氬氣保護放入球磨罐中。磨罐沿垂直方向旋轉，轉速為1280轉/分，球磨時間168小時，得到WC粉末。通過謝樂公式計算，其晶粒小於8納米。
實施例2將鎢粉、碳粉，粒度、純度同前，鋁粉，粒度小於200目，純度大於99.5％，按W0.5Al0.5C稱量，碳過量10％，原料總量和球料比同前，轉速1280轉/分，球磨168小時，得到W0.5Al0.5C。晶粒尺寸為8納米。經氬氣保護、1200度、6小時退火後，粉末X射線衍射峰尖銳、無雜峰，產物高溫穩定。
實施例3將鎢粉、鋁粉和碳粉按W0.14Al0.86C稱量，碳過量10％，原料純度、粒度、總量、球料比和磨罐轉速同前，球磨192小時，得到W0.14Al0.86C。
實施例4將用機械合金化法製備的W0.2Al0.8與碳粉按W0.2Al0.8C稱量，碳過量10％，原料總量10克，球料比15∶1，轉速1280轉/分，球磨192小時，得到W0.2Al0.8C。
實施例5將用機械合金化法製備的W0.5Al0.6與碳粉按W0.5Al0.5C稱量，碳過量10％，原料總量10克，球料比15∶1，轉速1280轉/分，球磨20小時。經粉末X射線衍射分析只有少量的W0.5Al0.5C生成。進一步將產物在氬氣保護下、1000度、20小時處理，得到良好結晶態的W0.5Al0.5C。
實施例6將WC粉，純度大於99.5％，粒度小於300目，鋁粉和碳粉，粒度純度同前，按W0.5Al0.5C稱量，碳過量3％，原料總量10克，球料比15∶1，轉速1280轉/分，球磨144小時，，得到W0.5Al0.5C。
權利要求
1.一種碳化鎢鋁硬質合金納米粉末的製備方法，其特徵在於將鎢粉粒度小於200目，純度大於99.8％，鋁粉粒度小於200目，純度大於99.5％，碳粉粒度小於300目，純度大於95％，按合金組分W1-xAlxC，x＝0-0.86稱量，碳過量5-10％，放入高能球磨罐中，球料比為15∶1，在氬氣保護下球磨100-200小時，得到產物；或將經機械合金化法製備的W1-xAlx，x＝0-0.86的二元合金與按化學計量比過量5-10％的碳一起球磨100-200小時，得到產物；或將經機械合金化法製備的W1-xAlx，x＝0-0.86的二元合金與按化學計量比過量5-10％的碳一起球磨5-80小時，在氬氣下燒結700-1500度、4-6小時，得到產物；或將碳化鎢粉、鋁粉和碳粉按化學計量比碳過量3-5％，球磨80-150小時得到產物。
2.如權利要求1所述的碳化鎢鋁硬質合金納米粉末的製備方法，其特徵在於將經機械合金化法製備的W1-xAlx，x＝0-0.86，二元合金與按化學計量比過量5-10％的碳一起球磨100-200小時，得到產物。
3.如權利要求1所述的碳化鎢鋁硬質合金納米粉末的製備方法，其特徵在於將經機械合金化法製備的W1-xAlx，x＝0-0.86的二元合金與按化學計量比過量5-10％的碳一起球磨5-80小時，在氬氣下燒結700-1500度、4-6小時，得到產物。
4.如權利要求1所述的碳化鎢鋁硬質合金納米粉末的製備方法，其特徵在於將碳化鎢粉、鋁粉和碳粉按化學計量比碳過量3-5％，球磨80-150小時得到產物。
5.如權利要求1所述的碳化鎢鋁硬質合金納米粉末的製備方法，其特徵在於所得碳化鎢鋁硬質合金的組成為W1-xAlx，x＝0-0.86。
全文摘要
本發明屬於碳化鎢鋁硬質合金W
文檔編號C22C29/06GK1328889SQ0112954
公開日2002年1月2日 申請日期2001年6月26日 優先權日2001年6月26日
發明者馬賢鋒, 閻學偉, 趙偉 申請人:中國科學院長春應用化學研究所