超高温雾化制备球形铸造碳化钨粉末形貌控制及性能研究

收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ １ －１ ９ 基金项 目：国家 自然科学基金资助 （ ５ １ １ ７ ４ １ ０ １ 、 ５ １ １ ６ １ ０ ０ ８ ） ；江西省钨与稀土重大科技专项基金 （ ２ ０ １ ０ Ａ Ｚ Ｄ ０ ０ １ ０ ０ ） ；江西 省教育 厅基金 （ Ｇ Ｊ Ｊ １ ０ ４ ９ Ｏ ） ； 江 西省 自然基金资助 （ ２ ０ ０ ９ Ｇ Ｚ Ｃ ０ ０ ４ ６ ） ； 江西省研究生创 新专项 资金项 目（ Ｙ Ｃ ２ ０ １ ２ 一 Ｓ ０ ９ １ ） 作者 简介 ： 陈 颢（ １ ９ ７ ８ － ） ， 男， 湖北红安人， 博士后， 副教授， 主要从事钨基粉体及硬面材料研究。
第２ ８卷 第 １期 ２ ０ １ ３年 ２月
中国钨毋 Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｔｕ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｎ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
Ｖ０ １ ． ２ ８ ， Ｎ０ ． １ Ｆｅ ｂ ． ２ ０ １ ３
ＤＯｈ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ — ０ ６ ２ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ０ ６
硬度 高 ， 显微组 织 为细等轴 树 枝状 ， 无过 共 晶和亚 共 晶 ，使 用 时不存 在应 力集 中和 微裂 纹 ，没有 尖锐边 角， 具有 比破碎 粉末 更 高的韧 性和 耐磨 性 。同 时， 球
超高温熔炼惰 性气体雾化装 备可使熔体达 到 ３ ０ ０ ０ ｏ Ｃ 以上高 温 ， 并在 该 状 态下 实现 连 续 雾化 ［ ９ １ 。 以钨 粉 、
少 。这 种粉 末在 堆焊 涂敷 时 ，常在 工件表 面 形成 齿
本 研 究在对 难熔 金属 粉体 的制 备进行 了大 量 的
前期研 究上成 功研 发 了超 高温 雾化 装备 ，所研 制 的
弧， 在 压 力作用 下容 易产 生表面 裂纹 球 形碳 化钨粉 末 与 普通 多角状 碳 化 钨粉 末 相 比化 学 成 分 更稳 定 ，
法产量 小 、 工艺 流程较 长 、 成本 高、 不 易实现 产业 化 ， 特 别 是粉 体质量 难 以控制 。北 京矿 冶研究 总 院候玉
柏等 人 以 Ａ ｒ 为工 作气 体 ， Ｈ ， 为送 粉气 体 ， 用 高频 感
应等 离子 体炬制 备球 化钨 粉 。球 化后 的钨 粉在 流动 速 度和 松装 密度 方面 有 了非常 大 的提 高 。 由于 受到 等离 子 体束 流 大小 的限制 ， 生产 效 率低 、 成本 高 、 产
摘 要 ： 传统的热喷涂用碳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
硬面材料的要 求。以钨粉 、 炭黑、 碳化钨粉前躯体或多角状碳化钨为原料， 采用 自行设计的超高温熔炼及超高温雾化
装备制备出球 形碳化钨粉末 ， 利用扫描 电镜 、 ｘ射线衍射仪 、 金相显微镜、 显微硬度计 分析测试 了粉末 的相 、 组织、 成 分及性能。结果表 明： 碳 化钨粉末外观呈球状、 内部 为细针状 共晶组织 、 显微硬度 ３ ２ ０ ０ Ｈ Ｖ、 霍尔流速 ６ ． ５ ｓ ／ ５ ０ ｇ 、 具 有流动性好、 耐磨性佳等优 良的综合性能 。
规律 ， 对球形碳化钨粉末性 能及制备机理进行 了分析。
１ 试
验
对 于 球形碳 化 钨粉体 制 备 ，国 内外研 究 者进 行 了较 多研 究 ，主要 采用水 冷 坩埚法 制备 或等 离子 体
试验 在湖 南顶 立科技 有 限公 司 自主研 发 的超 高
温 雾化 设备上 进行 。 设 备如 图 １ 所示， 主 要 由九大系
炭黑、 碳 化钨粉 前躯 体或 多角 状碳 化钨 为原料 ， 采用 超 高温雾 化 ， 制 备 出形貌 较好 的球 形碳化 钨粉末 ， 研 究 了超 高温雾 化工 艺参数 对制 各球 形碳 化钨 的影 响
形碳化 钨粉 末 结构均 匀致 密 ， 利 于堆 焊和 热喷 涂 ， 使
得涂 敷材 料具有 很 高 的抗 磨损 性和 韧性 ，获 得优 良 的使 用性 能【 ３ ＿ 卅 。
关键 词 ： 碳化钨； 超高温雾化； 球形粉末； 形貌控制； 组织
中图分 类号 ： Ｔ Ｆ １ ２ ３
文 献标 识码 ： Ａ
碳 化钨粉 末 作为 一种 重要 的表面 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［ １ － ２ ］ 。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
超 高温雾 化制备球形铸造碳 化钨粉 末形貌控制 及性能研 究
陈 颢 ， 羊建 高 ２ ， 戴 煜 ｓ ， 陈米宋 ・ ， 吕 健
（ １ ． 江西理工大学 材料科学与工程学院， 江西 赣州 ３ ４ １ ０ ０ ０ ； ２ ． 钨资源高效开发及应用技术教育部工程研 究中心 ， 江西 赣州 ３ ４ １ ０ ０ ０ ３ ． 湖南顶立科技有限公司， 湖 南 长沙 ４ １ ０ １ １ １ ）
品质 量难控 制 、 不能 实现 大批 生产 。
粉 和生 产过 程 中的返 回料 混合均 匀 后盛装 于石 墨舟
皿 中 ，放ห้องสมุดไป่ตู้入 温度 高 达 ３ ０ ０ ０℃左 右 的可倾 式 碳 管炉
内进行 熔炼 ，传 统方 法生 产 的碳 化 钨粉末 颗粒 大 多 呈 片状 、 长 条状或 多 角状 ， 晶体 中针状 共 晶组织 含量
碳 量质 量 分数 约为 ４ ． ５％， 共 晶温 度 为 ２ ５ ２ ５ ｏ Ｃ。传 统 的碳化 钨 生产 方 法 是将 一 定 碳量 的碳化 钨 粉 、 钨
法或 电弧熔 炼法 制备［ 。如美 国专 利 Ｕ Ｓ ４ ７ ２ ３ ９ ９ ６提
供 了一 种 生产球 形碳 化钨粉 末 的方法 和设 备 。该 方