球形碳化钨粉末制备技术和机理研究.pdfVIP

2009全国粉末冶金学术会议 球形碳化钨粉末制备技术及机理研究 羊建高k2戴煜3刘咏4黄伯云4 (1．江西理工大学；2．崇义章源钨业股份有限公司； 3．湖南顶立科技有限公司；4．中南大学) 摘要热喷涂技术是表面工程的关键技术之一，为世界各国研究和开发的热点。现用的热喷涂破化钨粉末通常 采用铸造方法生产，粉末呈多角状，流动性差且硬度低。难以满足高性能热喷涂材料的要求。 本研究以实现碳化钨表面强化材料的“双高”(高流动性、高耐磨性)性能及工程化为目的。提出了“超高温熔炼惰 性气体雾化制备球形碳化钨”工艺思想，自行设计和制造了整套超高温熔炼及超高温雾化装备，系统研究了工艺参数 对制备球形碳化钨粉的影响规律，同时对球形碳化钨粉末的形成机理进行了探讨。 关键词碳化钨；超高温气体雾化；球形粉末；机理研究 1 引言 近半个世纪以来，涂层技术得到了持续高速的发展。碳化钨粉末作为一种重要的热喷涂材料，正 在宇航、电子信息、电力、能源、石油、化工、冶金、机械等工业中发挥着越来越重要的作用【lJ。 在众多的难熔金属粉末中，碳化钨粉末是一种应用广泛的喷涂材料。它是由碳化钨与碳化二钨组 成的共晶体。其共晶体的共晶点的含碳量约为4．5％(质量)，共晶温度为2525℃。 球形碳化钨粉末作为热喷涂的高新材料，由于其制备技术的独特性和优异的使用性能，已引起国 内外市场和研究者的密切关注，投入了大量的人力、物力进行研究与开发。 与普通多角状碳化钨粉末相比较，球形碳化钨粉末具有两个显著的特点。一是外观呈球状，粉末 流动性好，涂敷后的工件表面品质高；二是粉末内部晶粒细、硬度大。 2装备及工艺研究 2．1 超高温雾化装备的系统构成 所研制的超高温雾化装备由九大系统构成。包括给料系统、加热熔炼系统、熔体输送及雾化系 统、粉末收集系统、分级处理系统、惰性气体保护系统、自动控制系统、供电系统及气体回收系统等。 超高温熔炼气体雾化装备如图l所示。 2．2球形碳化钨粉制备工艺研究 以钨粉、碳黑和碳化钨为前躯体或以多角状的WC为原料，研究高温雾化的有关规律，研究的主 要内容包括：雾化温度对粉末性能的影响；雾化气体对粉末性能的影响；金属熔体流柱直径及长度对 粉末性能的影响等。工艺研究结果如下： 化率和球形度均提高。2600％雾化时，仅颗粒局部熔化，只有棱角处变圆和小颗粒球化，只使得颗粒 表面改性，内部结果不发生变化。2700℃以上温度雾化时，粉末颗粒显微组织随雾化温度升高而变 细，细针状组织增加。实验发现，2850℃为适宜的雾化温度。 2)不同纯度的雾化气体对碳化钨粉末表面质量产生重要影响。采用高纯氩气雾化制得球形碳化 口、硬质台金 钨粉末表面光滑规则，无异常物质。采用普通氩 气制备的碳化钨粉末虽也呈球状．但在球的表面 上出现白色粉状、质地疏松的氧化钨，这是雾化 气体中的氧与熔体液滴中的钨在高温F相互作 用的产物。 3)在2850℃，熔体流柱直径15mm，流柱长 度300“m条件下进行气体雾化，实验结果表 明：随雾化气体压力的增大，粉末粒度碱小。通 过调整雾化气体压力可以制备出币同粒度及粒 度组成的球形碳化钨粉末。实验发现，雾化气体 压力增大时，颗粒变圆．球形度提高，这是因为 雾化气体压力增大，破碎熔体的动能增大，对熔 体的冲击力增大，使液滴破碎得更细．在熔体的 表面张力作用下，细的液滴迅速冷却收缩成球。 雾化压力小时，液滴走，来不及收缩成球即已冷 却凝固成颗粒。实验证明．在所采用的雾化气体 8～15 压山(0 MPa)下得到的球状碳化钨粉末 均为针状细晶组织，且随雾化气体闩{力增大．引 状组织变细。这是压力增大，熔体破碎得更细以 及雾化气体带走更多热量冷却速度加快综合作 圈1超高温熔炼气体雾化装备}意目 用使结晶形核增多的原因。 4)本研究制得的球形碳化钨粉及其显微组织如图2图3所示。 目2本研究辫碍的球形瑞化钨粉 Ⅲ3球形碟化捣粉的显擞组政 3熔体球化机理及模型研究 3．1熔体的球化机理 在雾化过程中，金