[发明专利]掺钾超细低钾钨粉的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺钾超细低钾钨粉的制备方法，以仲钨酸铵为原材料，进行一次还原制成蓝钨，在蓝钨中掺杂硅、铝、钾元素，经过二次还原制成二氧化钨，二氧化钨再经过三次还原生成超细低钾钨粉，经过酸洗后，钨粉平均钾含量为20～40ppm，硅含量为200～400ppm，铝含量为10～20ppm，钨粉粒度为1.0～1.5μm。本发明的制备方法可以保证钨晶格中有效钾含量，具有良好的成型和烧结性能，有利于后期锻造加工，适合于规模化生产含钾钨棒材和板材。

技术领域

本发明属于金属粉末冶金技术领域，尤其涉及一种掺钾超细低钾钨粉的制备方法。

背景技术

钨是一种重要的稀有金属，具有高熔点、高密度、高硬度、低热膨胀系数、以及优异的抗腐蚀性能和高温强度的特点，这些特点和性能决定了金属钨能够成为高温、超高温条件下使用的最佳材料，广泛应用于航空航天、军工、医疗、半导体、高温炉和特种光源领域。

晶格中含有钾泡的掺钾钨材料，因钾泡的弥散强化作用，具有优良的抗高温蠕变性能。但传统工艺制备的掺钾钨粉粒度一般在2.5～5.0μm之间，即便是刻意制备的细粒度掺杂钨粉，粒度一般也在2.3～2.8μm之间，钾含量在120～160ppm，这种粉末粒度粗，钾含量高，不利于掺钾钨棒材和板材的烧结，烧结过程中存在于粉末中晶界上的钾难以挥发出去，烧结棒材和板材密度低，后续热变形加工性能差，容易出现劈裂、分层等问题，因此极大地限制了掺钾钨材料的使用。

因此，如何改进掺钾钨粉的现有制备工艺，从而改善烧结棒材和板材的热加工性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种掺钾超细低钾钨粉的制备方法，以解决上述现有技术中存在的技术问题。为此，本发明的掺钾超细低钾钨粉的制备方法包括如下步骤：

一次还原：将仲钨酸铵进行加热还原，生成蓝钨，还原温度控制为400～550℃，还原氢气流量控制为300～700L/h，还原时间控制为2～3h；

掺杂元素：在蓝钨中掺杂硅、铝、钾三种添加元素，包括配制含有所述三种添加元素的硅酸钾、硝酸铝和氢氧化钾水溶液，其中，所述水溶液配制为根据当量计算含有相对于蓝钨重量质量百分比为0.18～0.24％的K₂O、0.001～0.003％的Al₂O₃、0.2～0.4％的SiO；将蓝钨浸泡在所述水溶液中，放入搅拌锅中充分搅拌，并向搅拌锅夹层通入蒸汽进行加热，蒸汽压力控制为0.3MPa，边搅拌边加热，直至蓝钨中水分全部蒸发干，然后将干燥过的蓝钨过筛备用；

二次还原：将掺杂元素后的蓝钨进行二次还原，生产二氧化钨，还原温度控制为500～700℃，还原氢气流量控制为3～4m³/h，还原时间控制为8～9h，并且在二次还原中将二氧化钨的氧含量控制在11～13％之间；

三次还原：将二氧化钨进行三次还原，生产钨粉，还原温度控制为700～950℃，还原氢气流量控制为5～6m³/h，还原时间控制为8～9h，制得超细掺钾钨粉，钨粉粒度控制为1.0～1.5μm；

酸洗：分别使用盐酸和氢氟酸将钨粉进行两次搅拌清洗，去除钨粉表面多余的微量添加元素，清洗后的钨粉掺杂元素含量控制为20～40ppm的钾、200～400ppm的硅、10～20ppm的铝。

优选地，在上述掺钾超细低钾钨粉的制备方法中，在所述酸洗步骤之后还包括烘干步骤，其中，将清洗后的钨粉放在真空干燥箱内烘干，烘干温度控制为60～80℃，烘干时间控制为18h，真空干燥箱的真空度控制为＜-0.1Kpa。

优选地，在上述掺钾超细低钾钨粉的制备方法中，所述一次还原、二次还原和三次还原均在通有所述还原氢气的管式推舟炉中进行。

优选地，在上述掺钾超细低钾钨粉的制备方法中，在所述二次还原中，管式推舟炉的炉内压力控制为1～2Kpa。