硬質合金球齒鎢粉還原工藝優化

硬質合金球齒的主要組成成分為碳化鎢（WC）和鈷（Co)，其具有很好的硬度、強度、較高的熔點、優良的耐磨性以及化學穩定性，因此其在石油開採以及地質鑽探等行業中有著廣泛的應用。硬質合金球齒是通過鑲嵌在鑽頭上，對岩層進行衝擊、旋轉、壓碎以及剪切來實現挖掘的作用。由於大部分的鑽井深度較深、挖掘長度較長，有的可能達到上千米，若球齒因磨損、斷裂或者其他原因發生失效，多次更換鑽頭就會嚴重影響整體的鑽井效率。因此，這也對硬質合金球齒的硬度和耐磨性提出了更高的要求。而其機械性能以及物理性能都取決於組織成分和結構，WC粉的原始性能，尤其是物理性能直接決定了硬質合金球齒的組織結構。WC粉末的品質與鎢粉還原工藝是密不可分的，為了得到優質的WC粉末，我們需要結合鎢粉還原工藝參數並進行優化，使硬質合金球齒的性能得到大幅度的改善。

首先，從WC粉末的製備過程入手，其基本流程是偏鎢酸銨APT（Ammonium paratungstate）→氫氣H2預還原→藍色氧化鎢→氫氣H2還原→鎢粉→加碳碳化→WC塊→破碎→過篩制粒→WC粉。通過實驗分析，在整個WC粉的製備過程中主要的影響因素包括溫度、料層厚度以及粒度分佈情況。溫度的控制是影響鎢粉還原的重要條件之一，良好的溫度控制有利於促進還原速率，利於鎢粉結晶的完成並且能有效消除鎢粉晶內的組織缺陷。但是若還原溫度過高會使得鎢粉晶發生團聚，鎢粉粒度分佈變寬，使得WC粉的粒度分佈也變寬。不均勻的WC粉粒度對硬質合金球齒性能會有一定的影響。

而料層的厚度也會影響鎢粉粒度以及其粒度分佈。理論上說，鎢粉還原時增加裝舟的料層厚度鎢粉顆粒會變粗；而反過來減少裝舟的料層厚度鎢粉粒度會相對較細。但是，往往在實際的生產中，厚的裝舟量會引起粉末粒度分佈變寬，特別是引起雙峰、多峰及尾峰。此外，粒度分佈不同的WC粉所生產的硬質合金球齒的硬度也會隨著粒度分佈變寬而顯著降低。其原因是粒度分佈較寬的鎢粉中會存在差異較大的粗細顆粒，這種差異在碳化的過程中會引起WC晶粒的不均勻長大，使得同一批粉末中既有粗大的單晶顆粒又有由細晶組成的多晶顆粒。當碳化溫度較低時，細顆粒以碳化完全，而粗顆粒並未完成完全碳化；當碳化溫度較高時，粗顆粒也發生了完全碳化，但是此時的細顆粒已經變成單晶併發生長大。生產硬質合金球齒時，使用單晶和多晶顆粒共存的WC粉，合金混合料破碎時間延長，單晶顆粒不易破碎或破碎一致性較差。壓制時壓制密度降低，且合金球齒在燒結時易出現晶粒的不均勻長大，嚴重時可能出現粗晶，是硬質合金球齒的硬度大幅降低。而採用單一的單晶或多晶顆粒均勻性較好的WC粉，混料濕磨的時間更短，顆粒易於破碎也更均勻。因此，通過優化鎢粉生產工藝，如控制還原溫度、碳化溫度、裝舟量等，生產出均勻的單晶或多晶的WC粉有利於改善硬質合金球齒的各項性能。

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