磷辅助砷致钨粉细化机理及超细碳化钨粉制备

发布时间：2020-10-29 09:42

　　 在钨冶金工业上,砷和磷通常作为钨矿原料中的主要杂质元素而被同时去除。通过研究发现,As元素对钨粉具有显著的细化作用,可制备出粒度均匀、分散性良好的纳米钨粉。而在钨冶金除杂过程中,P与As元素是伴生关系,很难通过“去磷、留砷”制备纳米钨粉。为实现钨冶金过程中共同保留As、P元素制备纳米钨粉及高性能WC-Co硬质合金,就必需弄清As和P共同存在时对WC-Co硬质合金制备过程中的影响机理。本文采用向前驱体粉末中复合添加一定量的As和P元素,通过煅烧、氢还原、碳化等工艺,制备出粒度均匀的纳米W-As-P复合粉末及超细WC-As-P复合粉末。研究过程中采用XRD、SEM、TEM、ICP等方法系统分析了As和P元素对钨粉及碳化钨粉形貌及相结构的影响,并探讨P辅助As致W粉细化机理;此外,通过分析As和P元素对WC粉颗粒形核和长大过程的影响,建立了WC的生长模型。研究获得的主要结论如下:1.通过复合添加0.3 wt%P和0.3 wt%As,在800~oC还原氧化钨后得到了颗粒大小均匀,分散性良好,平均粒径为79 nm的W-As-P复合粉末。APT-As-P煅烧过程中,P、As元素的共同存在会使APT热分解反应提前并加速进行,同时As_2O_3和P_2O_3气体的大量释放会使氧化钨粉末结构更加疏松多孔,这种多孔结构有利于氧化钨的氢还原。在WO_3-As-P氢还原过程中,更多气态P_2O_3的释放会进一步降低炉内的水分压,阻碍钨颗粒通过化学气相沉积而长大,而更多的砷元素以WAs_2的形式残留下来。因而同时添加P、As元素比单独添加As元素对钨粉的细化作用更显著,且能消除P对钨粉形貌的不利影响。2.W-As-P复合粉末在1400~oC碳化2h后可以得到粒度均匀,分散性良好,平均粒径为210 nm的WC-As-P复合粉末。WAs_2和WP_2二元相以及W_5As_(2.5)P_(1.5)三元相存在于碳化钨粉末中,并且附着在WC粉末颗粒边缘,阻碍WC颗粒通过晶界迁移而长大。超细WC-As-P和WC-As的生长方式与纯WC的不同,WC-As-P和WC-As颗粒都是以直接合并的方式长大,与粗颗粒的WC粉先破裂后合并的长大方式不同。本课题系统研究了P和As共同存在时对WC-Co硬质合金制备过程中的影响机理,并通过传统方法制备得到了均匀的纳米钨粉和超细碳化钨粉,烧结后得到的YG6-As-P合金的抗弯强度和空白样相比提高了11.5%。可为今后钨矿内P、As元素的资源化利用及大规模制备高性能超细晶WC-Co硬质合金奠定理论基础与实际依据。
【学位单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.3;TF841.1
【部分图文】：

实验技术路线图

3.1 所示为掺 1%As 的 APT 分别在 550oC，600oC，650oC 和 XRD 图。由衍射图谱可发现，分别在不同温度煅烧后的样峰均为 WO3相 (JCPDS# 20-1324)，并未检测出其它物相的-1%As 在氧化性气氛下，在 550oC 煅烧 2h 后可以分解完全

可能是由于在 600oC 仍不断有气体溢出，使粉末更加疏松。且在600oC 煅烧后得到的氧化钨一次颗粒细小，均匀分布，无明显团聚现象。如图 3.2(c) 所示，在 650oC 煅烧后粉末颗粒表面有较大的孔洞和裂纹，且氧化钨的一次颗粒开始长大。如图 3.2 (d) 所示，在 700oC 煅烧后，氧化钨粉末因温度升高，颗粒之间发生合并长大，一次颗粒长大明显。
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本文编号：2860722