球形碳化钨粉末制备技术的探讨

刘文胜，邹海平

（1.河北工程大学，河北 邯郸 056021；2.江西悦安超细金属有限公司，江西 大余 341500）

近年来，随着科学技术的发展，硬面材料的发展十分迅速，特别是其应用技术的不断发展，如HVOF法（超音速热喷涂）、PTA法（等离子喷涂）等，对硬面材料的特性及使用性能提出了新的要求，而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［1］。现用的热喷涂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，难以满足高性能热喷涂材料的要求。

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，涂敷后的工件表面质量高；二是粉末内部晶粒细、硬度大、涂层的耐磨性更好［2］。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。本文依据一般工业产品的生产流程模式，从原料、熔融方式、球形化方式及技术特点等方面对各种方法进行对比分析，指出超高温熔炼气体雾化法是一种生产成本低、产量大、制备粉末粒度可控性强、工业化程度高的方法，是球形碳化钨粉末制备的首选技术。

1 原料

球形碳化钨粉末的制备方法有多种，每一种方法都有对应的原料和处理方式。表1为各制备方法原材料及处理方式的对比。

表1 各种制备方法的原材料及处理方式

从表1可以看出，离心旋转冷凝法的原料除钨粉和碳黑外还需要添加黏结剂，而且处理方式也比较繁琐。感应或电阻加热球化法和等离子体球化法采用铸造碳化钨，成本较高。其他方法采用常规的钨粉和碳黑，并且返回部分不合格的碳化钨，通过配比达到生产要求，大大降低了生产成本。

2 熔融方式

各种制备方法所使用的原料通过对应的方法进行处理后给料至熔融设备，表2为各种制备方法原材料熔融方式的对比。

从表2可以看出，离心旋转冷凝法、旋转雾化法和离心旋转冷凝法均采用电弧在不同的设备上加热原料使其熔融。感应或电阻加热球化法通过感应或电阻加热反应器，同时物料在其内被逐级加热到球化温度，并依靠炉管的振动缓慢向前移动，一旦物料的分散未控制好，熔融液滴便因碰撞、黏结长大，粒度控制困难，而且粉末在运行过程中，不得与反应器接触，否则会影响整个球化过程的进行、且造成物料的浪费。等离子体球化法是由等离子焰把氩气流加热到3 000～10 000℃的高温，使铸造碳化钨颗粒熔融成液态。气体雾化法是将双中频石墨管式高温熔炼炉预热至2 600～3 500℃后，在惰性气体保护下将原料送入管式炉腔，在自由下落过程中将其熔炼成碳化钨熔液滴或熔液束，该过程为全密封式熔炼。

表2 各种制备方法的原材料熔融方式

3 球形化方式

原料通过加热设备熔炼成熔液后，各种制备方法通过不同的方式对熔液进行球形化，见表3。

表3 各种制备方法的熔液球形化方式

从表3可以看出，离心旋转冷凝法、旋转雾化法和离心旋转冷凝法均是液滴落到旋转台或旋转盘上，按一定速度旋转，通过离心力分散成液滴，然后让液滴自行收缩成球形颗粒。感应或电阻加热球化法和等离子体球化法是熔液直接快速冷凝成球形颗粒。气体雾化法是将熔融碳化钨熔液经炉管下端的锥形管口或喷嘴输出并置于高压喷射的惰性气体的强气流环境中，使熔液滴或熔液束在高压强气流的冲击下在雾化成形容器中雾化成球形粉末并沉积于容器底部。

4 特点

上述对比介绍的任何一种制备技术均能制备球形碳化钨粉末，而且碳量稳定、流动性好、组织致密、显微结构为细等轴的树枝状共晶组织、产品显微硬度高，具有非常优良的应用性。通过上述从原料、熔融方式和球形化方式对比可以看出每种方法都有各自的特点，表4为各方法技术特点的对比。

表4 各种制备方法的技术特点

从表4可以看出，离心旋转冷凝法、旋转雾化法和离心旋转冷凝法均因生产效率较低，不适宜产业化生产。感应或电阻加热球化法在超高温下铸造碳化钨的分散控制难度大，工艺流程长，生产效率低。等离子体球化法则因能耗高、设备投资大、运行费用高等原因，难以产业化。气体雾化法则采用特殊高温熔炼装置将原料在炉管中熔化，烧损小，生产工艺紧凑简单，成本低，可实现连续产业化作业，生产效率高，并且该方法还适应于生产其他高熔点球形粉末（如球形钨粉），具有一定的工业化价值。

5 结语

通过从原料及其处理方式、熔融方式和球形化方式对各种制备方法进行对比分析，超高温熔炼气体雾化法是一种生产成本低、产量大、制备粉末粒度可控性强、工业化程度高的方法，是球形碳化钨粉末制备的首选技术。

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