[發明專利]一種碳化鎢-鈷納米粉體的制備方法

無效

• 申請號: 201010582720.5
• 申請日: 2010-12-10
• 公開（公告）號: CN102078965A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 闞艷梅;孫世寬;張國軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: B22F9/20
• 分類號: B22F9/20;B82Y40/00
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及碳化鎢-鈷納米粉體的一種制備方法，具體說，是涉及一種基于氮化物轉化法制備碳化鎢-鈷納米粉體的方法，屬于納米粉體制備技術領域。

背景技術

硬質合金自20世紀30年代問世以來，因其高硬度和高強度在工業生產中一直占據著重要位置，被譽為“工業的牙齒”，其用途之廣泛幾乎涉及到國民經濟的各個部門和現代技術的各個領域，在金屬切削、石油鉆井、鑿巖工具、磨具材料等方面有著廣泛的用途。

WC-Co硬質合金屬于脆性材料，其硬度和強度是一對矛盾體，提高合金硬度將導致強度降低，反之提高合金強度導致硬度下降。近年來研究表明：對于給定成分的WC-Co硬質合金，當合金中WC相的平均晶粒尺寸減小到1μm以下時，硬質合金的硬度和強度不僅能同時提高，而且提高的幅度將隨著WC晶粒尺寸的進一步減小而增加。因此，從20世紀60年代起硬質合金研究的主要方向之一是通過減小WC的晶粒尺寸來提高合金的性能。制備硬質合金，通常是先采用球磨的方法將WC粉與Co粉混合，然后將其成型再進行燒結的方法。但傳統的球磨方法很難保證超細WC粉與Co粉的均勻混合，所以目前大多用WC-Co納米復合粉為原料制備超細硬質合金。例如：B.K.Kim等人用WC-Co納米復合粉制備的超細晶WC-Co硬質合金，其強度值為4400MPa，硬度達Hv＝2050，而相同成分的普通硬質合金的強度只有2300MPa，硬度Hv＝1650；美國的Nanodyne公司用WC-Co納米復合粉制造出印刷電路板鉆孔用的微型鉆頭，其耐磨性顯著提高，磨損率比普通鉆頭降低30～40％，壽命約為普通鉆頭的2.9倍。研究還表明，用WC-Co納米復合粉體為原料，采用快速熔化、快速冷凝的熱噴涂技術制備耐磨涂層，涂層仍保持納米結構特性，顯著提高了涂層的耐磨性能。

目前，WC-Co納米復合粉的制備方法可分為兩大類，即機械合金化法和氣一固反應法。機械合金化法由于生產效率較低、成本高、易帶入其它雜質等原因難于進行工業化生產，因此多采用氣一固反應法制備WC-Co納米復合粉。所謂氣一固反應法，即將鎢、鈷氧化物粉(如CoWO₄、WO₃-CoO或CoWO₄-WO₃等)，在氣體的作用下(如通入H₂、CO、CH₄-H₂、CO-CO₂等氣體)，通過氣一固反應而形成WC-Co納米復合粉。氣一固反應方法的優點是：氣體與固體顆粒之間能夠充分接觸，使氧化物粉的還原、碳化過程迅速進行，因此反應只需在較低溫度下、較短時間內即可完成，有利于納米結構的形成和保持。

利用氣一固反應原理，美國的Nanodyne公司將B.H.Kear等人發明的“噴霧熱轉化法”成功地實現了工業化。該方法首先用鎢與鈷的鹽制成混合溶液，經霧化干燥等工藝制備出鎢鈷復合氧化物粉末，然后采用流化床技術將氧化物粉末用氫氣進行還原，再用CO/H₂進行碳化，最后用CO/CO₂進行去碳處理三步工藝而得到WC-Co納米復合粉體。此方法的缺點是，所使用的流化床設備昂貴且工藝難控；采用高純氣體且反應時間長，生產成本高。據報道該Nanodyne公司所生產的WC-Co納米復合粉體由于售價過高，已于2002年被迫停產。

發明內容

本發明針對上述現有技術所存在的缺陷和問題，提供一種基于氮化物轉化法制備碳化鎢-鈷納米粉體的方法。

本發明提供的碳化鎢-鈷納米粉體的制備方法，包括如下具體步驟：

a)采用檸檬酸鹽法或包裹法制備氧化鎢-氧化鈷粉體，所述的檸檬酸鹽法制備氧化鎢-氧化鈷粉體的過程是：首先將偏鎢酸銨、硝酸鈷和檸檬酸按一定的摩爾比例分別溶解于去離子水中，配制成偏鎢酸銨、硝酸鈷和檸檬酸的澄清溶液；然后在60～90℃的水浴中進行絡合反應；干燥，得到氧化鎢-氧化鈷前驅體，將氧化鎢-氧化鈷前驅體在空氣氣氛下煅燒，即得氧化鎢-氧化鈷粉體；所述的包裹法制備氧化鎢-氧化鈷粉體的過程是：首先將偏鎢酸銨和檸檬酸按一定的摩爾比例分別溶解于去離子水中，配制成偏鎢酸銨和檸檬酸的澄清溶液；然后在60～90℃的水浴中進行絡合反應；干燥，得到氧化鎢的前驅體；將氧化鎢的前驅體在空氣氣氛下煅燒，得到氧化鎢粉體；將氧化鎢粉體與硝酸鈷在乙醇中球磨混合，干燥，即得氧化鎢-氧化鈷粉體；

b)將得到的氧化鎢-氧化鈷粉體置于管式爐中，通氨氣氮化，得到氮化鎢-氮化鈷粉體；