[發(fā)明專利]一種納米碳化鎢粉末的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310742015.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103658677A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林濤;柏景雷;邵慧萍;張深根;何新波;王志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/24
• 分類號(hào): B22F9/24;B22F9/16;B82Y40/00
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制備納米碳化鎢粉末的技術(shù)，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。

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背景技術(shù)

對(duì)于WC-Co硬質(zhì)合金，細(xì)化WC晶粒是提高硬質(zhì)合金硬度和強(qiáng)度的有效途徑，特別是納米WC-Co硬質(zhì)合金性能優(yōu)越，應(yīng)用廣泛。生產(chǎn)納米硬質(zhì)合金的關(guān)鍵技術(shù)之—是制備出納米WC粉或WC-Co復(fù)合粉末。其制取方法有多種，目前研究得比較深入的方法有：

（1）噴霧轉(zhuǎn)化工藝

美國(guó)的Rutgers?University和Nanodyne公司、北京科技大學(xué)都對(duì)此方法進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)。其基本過(guò)程是利用水溶性前驅(qū)體熱化學(xué)合成納米WC-Co，其步驟如下：

1）?制備和混合前驅(qū)體化合物水溶液，固定起始溶液的成分，通常使用偏鎢酸氨[(NH₄)₆(H₂W₁₂O₄₀)₄H₂O]和CoCl₂、Co(NO₃)₂或Co(CH₃COO)₂做前驅(qū)體化合物水溶液；

2）?將起始溶液經(jīng)噴干燥得非晶態(tài)的前驅(qū)體粉末；

3）?經(jīng)流化床氣相碳化反應(yīng)將前驅(qū)體粉末轉(zhuǎn)化為小于50nm的納米WC-Co粉末。

噴霧轉(zhuǎn)化工藝有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）?通過(guò)溶液混合可以實(shí)現(xiàn)分子級(jí)的WC-Co的均勻混合，易于添加不同的添加物；

2）?用傳統(tǒng)的原料和設(shè)備就可生產(chǎn)；

3）?適于在線控制并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；

4）?生產(chǎn)系統(tǒng)為封閉型，減少了生產(chǎn)資料的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染；

5）?可制得小于50nm的WC-Co粉末，并可達(dá)到20～40nm的粒度范圍。

（2）原位滲碳還原法

直接將前驅(qū)體還原碳化成納米單相WC-Co粉體的新型方法。該方法的關(guān)鍵是將鎢酸和鈷鹽溶解在聚合物溶液中，經(jīng)低溫干燥后移至氣氛爐內(nèi)于800～900℃的溫度范圍內(nèi)，由90%Ar—10%H₂的混合氣體直接還原成WC-Co粉體，制得粉體的晶粒度為50～80nm。該方法的創(chuàng)新之處在于利用聚合物作為原位碳，直接由H₂一步將前驅(qū)體還原成納米單相WC-Co粉體，無(wú)需碳化過(guò)程。原位滲碳還原法可減少擴(kuò)散長(zhǎng)度，是一種很有吸引力的大規(guī)模生產(chǎn)方法。工藝過(guò)程中，燒結(jié)溫度、氣氛以及作為催化劑的少量醋酸鈷添加劑對(duì)納米WC-Co的形成均有影響。該方法的不足之處是在最終產(chǎn)品中仍可發(fā)現(xiàn)未分解的聚合物或游離碳，進(jìn)而使產(chǎn)品性能受到影響。

（3）一次還原/碳化法

此工藝由美國(guó)Rutgers大學(xué)開(kāi)發(fā)。?將氣相混合物H₂/CO(摩爾比為2∶1或1∶1)?通過(guò)加熱溫度超過(guò)700℃的鎢酸銨或氧化鎢前驅(qū)體粉末，然后一步還原碳化制得納米碳化鎢(<10nm)。此工藝的關(guān)鍵步驟是控制好加熱速率，?使其足夠慢從而保證還原和碳化動(dòng)力學(xué)過(guò)程的平衡。理想的反應(yīng)過(guò)程是前驅(qū)體粉末里的O原子被H₂還原后，立即被CO碳化。對(duì)于大多數(shù)前驅(qū)體粉末，?加熱速率約?2℃/min比較理想。這種方法簡(jiǎn)化了過(guò)程。

也可用化學(xué)沉淀法制備鎢-鈷氧化物超細(xì)粉末。以該粉末為原料，在H_２和含碳?xì)怏w條件下，采用低溫連續(xù)還原碳化工藝制備出了平均粒度為0.1μm左右、主相含量為WC-23%Co且游離碳少于0.1%的WC-Co復(fù)合粉未。

（4）機(jī)械合金化

機(jī)械合金化法與高能球磨法表面上相似，但有本質(zhì)上的區(qū)別。機(jī)械合金化就是將欲合金化的元素粉末按一定配比機(jī)械混合，在高能球磨機(jī)等設(shè)備中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，將回轉(zhuǎn)機(jī)械能傳遞給粉末，同時(shí)粉末在球磨介質(zhì)的反復(fù)沖撞下，承受沖擊、剪切、摩擦和壓縮多種力的作用，經(jīng)歷反復(fù)擠壓、冷焊合及粉碎過(guò)程，成為彌散分布的超細(xì)粒子，在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)合金化。有研究者就利用機(jī)械合金化法合成了納米WC粉體。他們將石墨粉和鎢粉按原子比1∶1的比例置于球磨機(jī)中，在氬氣保護(hù)下球磨110小時(shí)，合成了晶粒度為7.2nm的WC粉體。

（5）等離子體法