郝立偉，李志超，涂潔

后續(xù)處理解決APT粗大顆粒影響合金晶粒夾粗

郝立偉，李志超，涂潔

（南昌硬質合金有限責任公司，江西南昌330013）

為了減少或避免合金晶粒夾粗的問題，采用后段氧化鎢粉末的后續(xù)處理工藝，并且通過對比分析得出結論：粗大顆粒較多的APT，不適合生產(chǎn)細碳化鎢和超細碳化鎢；粗大顆粒較多的APT，經(jīng)過后續(xù)氧化鎢處理，可以解決1 μm細碳化鎢粉制備合金的粗晶問題；粗大顆粒較多的APT，即使經(jīng)過了后續(xù)氧化鎢處理，由于還原溫度和碳化溫度等工藝的限制，無法完全避免超細碳化鎢中的粗大顆粒的殘留，也就無法避免制備的合金中較多的粗晶和聚集問題。

超細晶硬質合金；APT粗大顆粒；晶粒夾粗；后續(xù)處理工藝

0　引言

隨著細晶硬質合金的發(fā)展，特別是IT、航空等加工行業(yè)，突飛猛進的發(fā)展，超細硬質合金的需求量也逐步增加，對于細晶粒硬質合金的內在品質的要求也越來越高，其中合金的晶粒夾粗這一關鍵性指標，困擾了很多的科研、生產(chǎn)技術人員，眾多的研究都會集于解決合金晶粒夾粗的問題。

當前，研究人員解決合金晶粒夾粗的普遍做法是調整合金球磨生產(chǎn)工藝，燒結生產(chǎn)工藝等工藝參數(shù)［1-7］。在原料方面，更多關注硬質合金的直接原料，即碳化鎢粉、鈷粉以及相關添加劑的物理化學性能檢測指標。但是影響硬質合金內在質量和晶粒夾粗等關鍵性的因素，往往是受很多微觀的細節(jié)性能或品質的影響。合金生產(chǎn)工藝以及直接原料的檢測指標，往往解決的是平均性或者宏觀的問題，對于晶粒夾粗這種個別性、局部性且很多情況下無跡可尋的品質缺陷，并不能從根本上解決。

研究通過對粉末的預處理［1］，不同原料生產(chǎn)碳化鎢粉［2］等批量化實踐工作，逐步提出了諸如直接碳化機理［3］、原位還原機理［3］、氧化鎢的原子結構［4］、細晶硬質合金用粉末缺陷機理研究［5］等很多新理論，在原有的硬質合金研究［6］基礎上逐步開辟新的發(fā)展和研究思路，希望能夠進一步拓展研究領域，解決合金中存在的問題作出應有的貢獻。

由于很多APT廠家的生產(chǎn)技術還遠遠達不到高端合金用粉末的生產(chǎn)要求，不同廠家生產(chǎn)的APT形貌和均勻性不盡相同，內在品質參差不齊?；贏PT制備和管理技術的可控性不強、資源的復雜化以及市場供需價格波動性大等因素，碳化鎢粉生產(chǎn)廠家不得不使用不同內在質量的APT原料。本文通過研究前端APT原料的均勻性等問題，采用不同內在質量的APT生產(chǎn)制備碳化鎢粉，最終制備合金，進行對比分析，找到原料APT均勻性問題與合金晶粒夾粗的相關性，進一步解決APT均勻性問題，通過后續(xù)處理工藝制備出超細氧化鎢，減少粗大顆粒APT對后續(xù)產(chǎn)品的影響，減少合金中的晶粒夾粗問題。

1　試驗與討論

1.1原料

仲鎢酸銨（APT），碳黑，添加劑。

1.2設備

回轉爐直徑420 mm×7 800 mm（株洲新融利實業(yè)有限公司），氫氣還原爐XH-LH14/1050-5-3（株洲新和工業(yè)設備有限責任公司），鉬絲碳化爐AMH-150/230-3（湖南頂立科技有限公司），掃描電鏡Quanta200（FEI美國），氮氣吸附比表面檢測儀Gemin2390（美國麥克），金相顯微鏡OLYMPUSGX41（日本奧林巴斯）。

1.3試驗過程

1.3.1A PT的檢測

三個不同廠家的APT化學檢測結果如表1。由表1可知，三家的APT化學檢測上均達到國家標準。我們檢測分析了這三家APT的粒度分布，如表2。

Li課題組設計合成了一種比率型的汞離子探針BT(見圖4)。當加入汞離子后，縮硫醛與汞離子作用恢復成醛基，使探針的發(fā)射波長從530 nm藍移至454 nm。在含有2%DMSO溶液中，探針對汞離子的檢測限為7.6 nmol/L。在pH=5～9范圍內，對汞離子的響應較好，探針具有較好的選擇性，響應時間約為35 min，將該探針成功應用于細胞成像。

表1　不同廠家的APT化學檢測結果對比Tab.1　Contrastive chemical results for APT produced by various producers

表2　不同廠家的APT微觀粗大顆粒情況對比Tab.2　Comparison of APT coarse particles produced by various producers

從粒度分布上來看，三種APT有顯著差別，H廠家相對于G和X廠家的APT來說75 μm以下的細顆粒較多，達到70%以上；反之G和X廠家的APT來說，75μm以上的粗顆粒相對較多，達到50%以上。

三種APT的500倍掃描電鏡微觀形貌如圖1，圖2和圖3。

由圖1～圖3可見，H廠家的APT比后兩家的APT，微觀APT顆粒更細；G和X廠家的APT，微觀顆粒都較粗，G廠家是類似于多晶顆粒，X廠家是類似于單晶顆粒。這三種APT是當前市場上比較有代表性的三種微觀形貌。

圖1　H廠家APT-1Fig.1　APT-1 produced by H factory

圖2　G廠家APT-2Fig.2　APT-2 produced by G factory

圖3　X廠家APT-3Fig.3　APT-3 produced by X factory

1.3.2氧化鎢的制備

市場上采購的大多數(shù)是后兩種APT，為了減少后兩種中粗大顆粒對后續(xù)生產(chǎn)的影響，采用氧化鎢的后續(xù)處理工藝，制備出超細氧化鎢。

由表3可以看出，H廠家的APT生產(chǎn)的普通氧化鎢，75 μm以上的粗顆粒比例相對較少，因此H廠家APT生產(chǎn)的普通氧化鎢是優(yōu)質的普通氧化鎢；經(jīng)過處理后的氧化鎢，平均粒度都大幅度下降，75μm以上的粗大顆粒也大大減少，45 μm以下的細顆粒大大增加。H廠家的APT生產(chǎn)的超細氧化鎢45 μm以下比例超過60%，遠遠超過其他兩家生產(chǎn)的超細氧化鎢，是優(yōu)質的超細氧化鎢。

表3　不同廠家的APT經(jīng)過后續(xù)處理制備的氧化鎢Tab.3　Tungsten oxide produced by post-treated APT

1.3.3碳化鎢粉的制備

采用上述六批氧化鎢，應用同種工藝生產(chǎn)細碳化鎢粉，得到碳化鎢粉的檢測指標，如表4。

表4　細碳化鎢粉檢測指標對比Tab.4　Detectionindicatorsforfinetungstencarbidepowder

表5　超細碳化鎢粉檢測指標對比Tab.5　Detection indicators for super-fine tungsten carbide powder

從檢測指標上來看，不同氧化鎢原料生產(chǎn)的細碳化鎢粉之間，以及超細碳化鎢粉之間沒有較明顯差別，檢測指標的波動性也是可以接受的。

1.3.4小球磨合金測試金相

用細碳化鎢粉制備硬質合金，分別采用小球磨合金測試金相，結果如下表6、表7。

根據(jù)表6的批量試驗結果，粗大顆粒較多的APT生產(chǎn)的碳化鎢粉，最終制備的合金制品金相組織中明顯存在較多的粗晶現(xiàn)象；與之相反，粗大顆粒較少的APT生產(chǎn)的碳化鎢粉，最終制備的合金制品金相組織中粗晶現(xiàn)象明顯減少。但是經(jīng)過后續(xù)氧化鎢處理制備成超細氧化鎢，再生產(chǎn)細碳化鎢粉，最終制備的合金制品金相組織中粗晶現(xiàn)象大大幅減少，基本達到了優(yōu)質APT的水平。對于生產(chǎn)1 μm水平的細碳化鎢粉來說，選用了優(yōu)質APT后，可以不采用后續(xù)處理的方法，但是選用了粒度分布較差的APT后，就必須通過后續(xù)處理的方法，才能解決合金中的晶粒夾粗的問題。

表6　細碳化鎢粉對應小球磨合金測試金相對比Tab.6　Testing metallography comparison between fine tungsten carbide powder and Small ball milling alloy

表7　超細碳化鎢粉對應小球磨合金測試金相對比Tab.7　Testingmetallographycomparisonbetweensuper-fine tungstencarbidepowderandSmallballmillingalloy

根據(jù)表7的批量試驗結果，H廠家的APT生產(chǎn)的氧化鎢經(jīng)過處理后，生產(chǎn)的超細碳化鎢粉，再制備的合金粗晶較少，沒有發(fā)現(xiàn)晶粒聚集；G和X廠家的APT生產(chǎn)的氧化鎢雖然經(jīng)過處理后，生產(chǎn)的超細氧化鎢粉，再制備合金粗晶尺寸相對較大，聚集數(shù)量也增加。粗大顆粒較多的APT，即使經(jīng)過了后續(xù)氧化鎢處理，由于還原溫度和碳化溫度等工藝的限制，無法完全避免超細碳化鎢中的粗大顆粒的殘留，也就無法避免制備的合金中較多的粗晶和聚集問題。

2　結論

（1）不同廠家生產(chǎn)的APT微觀形貌不同，H廠家相比G和X廠家的APT，75 μm以上的粗大顆粒較少。

（2）粗大顆粒較多的APT，不適合生產(chǎn)細碳化鎢和超細碳化鎢。

（3）粗大顆粒較多的APT，經(jīng)過后續(xù)氧化鎢處理，可以解決1μm細碳化鎢粉制備合金的粗晶問題。

（4）粗大顆粒較多的APT，即使經(jīng)過了后續(xù)氧化鎢處理，由于還原溫度和碳化溫度等工藝的限制，無法完全避免超細碳化鎢中的粗大顆粒的殘留，也就無法避免制備的合金中較多的粗晶和聚集問題。

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SHI Zhenhua.The direct method of WC-Co cemented carbide with grain growth inhibitor［D］.Guangzhou：South China University of Technology，2011.

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Follow-up Processing to Reduce the Effect of Coarse APT on the Grain Coarse Particles of Cemented Carbide

HAO Liwei，LI Zhichao，TU Jie
（Nanchang Cemented Carbide Co.，Ltd.，Nanchang 330013，Jiangxi，China）

The follow-up processing technology for post-stage tungsten oxide powder was applied to avoid or reduce the coarse gains in cemented carbide.The contrastive analysis shows that APT with large amount of coarse particles unfit for producing fine tungsten carbide and superfine tungsten carbide.The post-treatment of tungsten oxide can effectively overcome the coarse grains of producing 1μm fine tungsten carbide powder.Due to reduction temperature and carbonation temperature and other process limitations，the coarse particle residues in the cemented carbide can't be completely deleted.

ultra-fine grain cemented carbide；APT coarse particles；grain coarse particles；follow-up processing

TF125.2+41

A

10.3969/j.issn.1009-0622.2016.05.010

2016-05-16

郝立偉（1983-），男，遼寧撫順人，工程師，主要從事氧化鎢、碳化鎢粉的生產(chǎn)和技術研究工作。