[發(fā)明專利]納米結構WC-Co復合粉末制備方法

無效

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• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN102350506A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 朱澤華;鄧嶸
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: B22F9/20
• 分類號: B22F9/20
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 錢成岑;詹永斌

技術領域

本發(fā)明屬于合金制備方法領域，尤其涉及納米級WC-Co制備方法。

背景技術

通常硬質合金切削工具是用微米級WC-Co粉末制造。隨著對硬質合金工具性能要求的不斷提高，研究人員發(fā)現(xiàn)：要提高產品的硬度、耐磨性和耐蝕性，需要增加WC的含量；要提高產品的強度、韌性和加工性能，需要增加Co的含量，這在提高硬度和強度之間產生了矛盾。為此人們已經開始采用更細的粉末，因為研究表明，當WC晶粒尺寸減小到亞微米以下時，材料的硬度、韌性、強度、耐磨性能都得到了提高，同時，達到完全致密化所需的溫度越低。尤其是納米WC材料能夠在提高硬度的前提下，顯著地提高材料的韌性。在納米WC基硬質合金生產中，尋找有效抑制晶粒長大的新方法(包括粉末制備、抑制劑、燒結工藝)正成為當今世界硬質合金領域研究的一個熱點。

已有研究及發(fā)現(xiàn)：

1、Nanodyne公司成功地用噴霧轉化處理新技術規(guī)模化生產納米碳化鎢粉末(NanocarbTM)。其WC晶粒度可在20～50?nm，為普通最細的微晶粉末粒度的1/10～1/20。典型的NanocarbTM粉末顆粒是空心的75μm球體(典型是20～100μm)所組成，含有千百萬WC晶粒分布在鈷基體中。由于工藝是從溶液開始的，所以Nano?carbTM?粉末是分子級混合，無需研磨，并且從一開始，工藝就不受環(huán)境影響。

2、利用CO還原并碳化WO3和Co2O3復合粉末，較長的反應時間使得顆粒粗化并限制了可能得到的最終結構尺寸。因此，有必要對CO/?CO2?作碳源作進一步的研究。

3、人們已研究出一種可以代替氣相碳化的方法。這種方法用聚丙烯腈的聚合物作原始碳源。先把聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺中制取清液，將W和Co混合粉末溶于該溶液，再把該混合液在熱板上干燥，最后將干燥粉末煅燒制得所需的粉末。它通過將粉末溶于溶液提高了碳分布的均勻性、降低了碳的擴散路徑，減少了反應時間，抑制了晶粒的長大。在這種工藝中，煅燒溫度、時間和氣氛對產物有強烈的影響。例如煅燒溫度過低時，會得到產物W，而不是WC。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于：提出一種工藝更簡單可靠的新的直接碳化法制備納米WC-Co復合粉末的方法。

本發(fā)明目的通過下述技術方案來實現(xiàn)：

一種納米結構WC-Co復合粉末制備方法，其特征在于依次包括以下步驟：

a、在水溶性的含鎢化合物、含鈷化合物、含鉻化合物和含釩化合物的飽和混合水溶液中加入對鎢、釩、鉻碳化物過量的碳質粉體材料吸附飽和復合鹽溶液，所述碳質粉體材料的比表面積大于1500m²/g；

b、脫水干燥，在碳質粉體材料表面形成納米尺度的復合鹽薄層；

c、在隔絕空氣條件下，加熱所述碳質粉體材料與復合鹽混合物，?500℃以下將所述復合鹽脫除結晶水，并分解成為氧化鎢、氧化鉻、氧化釩、氧化鈷的復合氧化物，進一步加熱，850℃以下，將上述復合氧化物在碳質粉體材料表面還原并碳化生成WC-Co納米結構復合粉末。

所述對鎢、釩、鉻碳化物過量的碳質粉體材料，是指使用的碳質粉體材料量大于熱力學反應溫度下制備WC?所需的C的化學計量。

作為優(yōu)選方式，所述碳質粉體材料為冶金炭黑和/或多孔碳。所用碳質粉末為具有巨大比表面積的高純度碳，利用其巨大比表面積吸附復合化合物溶液，形成幾個分子層厚度的液膜，在干燥后得到納米尺度復合化合物顆粒，作為復合氧化物和復合碳化物的前驅體。與常規(guī)方法將碳黑僅僅作為還原劑和碳化物碳源不同之處，本發(fā)明利用具有巨大比表面積炭質粉末獲得納米尺度的復合化合物以及納米尺度的復合氧化物顆粒，過量的巨大比表面積的炭顆粒表面作為納米碳化物結晶形核點，面積越大還原－碳化的反應溫度越低、形核點越多，碳化溫度越低晶粒長大越困難，則晶粒越小；同時過量的碳顆粒阻止碳化物晶粒長大。?

作為優(yōu)選方式，所述冶金炭黑的平均粒度小于0.1μm，比表面積大于1800m²/g，硫含量小于10ppm。

作為優(yōu)選方式，所述多孔碳比表面積大于1800m²/g，碳含量大于99.5%wt,硫含量小于10ppm。

作為優(yōu)選方式，所述含鎢化合物選自偏鎢酸銨、偏鎢酸中的一種或多種。

作為優(yōu)選方式，所述含鈷化合物選自硝酸鈷、氯化鈷、醋酸鈷中的一種或多種。

作為優(yōu)選方式，所述含鉻化合物選自高鉻酸銨、鉻酸中的一種或多種。

作為優(yōu)選方式，所述含釩化合物為偏釩酸銨。