[发明专利]高钴纳米/超细WC-Co复合粉末的制备方法

说明书

本发明公开了一种高钴纳米/超细WC‑Co复合粉末的制备方法，将42.7‑279.5g钴盐配制浓度为1mol/L的钴盐溶液，置入搅拌容器内搅拌并采用恒温水浴锅加热；将WC晶粒间存在均匀分布钴层的纳米/超细WC‑6wt％Co复合粉末加入搅拌容器内，用量为100g，搅拌，将22.3‑119.1g草酸铵配制成浓度为0.5mol/L的草酸铵溶液加入搅拌容器中，搅拌，抽滤、洗涤，在真空干燥箱内干燥，得到WC‑6Co‑CoC₂O₄前驱体复合粉末；将前驱体复合粉末放入管式氢气炉内进行还原，还原后水冷，即得。本发明操作简单，制备过程中能有效抑制WC晶粒聚集长大，制得的高钴复合粉末性能稳定，成本低。

技术领域

本发明属于金属陶瓷复合粉末制备技术领域，涉及一种高钴纳米/超细WC-Co复合粉末的制备方法。

背景技术

超细晶硬质合金能够显著提高材料的硬度和韧性，实现高硬度和高韧性的“双高”性能，一直是硬质合金行业研究的热点方向。超细晶高钴硬质合金的钴相平均自由程高，具有较好的韧性和抗冲击性能，且细WC晶粒具有高的硬度，实现了高硬度和高韧性的结合，在航空航天、机械加工、精密制造等重要工程等领域具有广泛的应用前景。

超细晶硬质合金制备的关键是优质纳米/超细复合粉末的获得及烧结过程中WC晶粒长大的抑制。传统工艺生产WC-Co粉末的方法是：(1)WO₃在700-900℃温度范围内氢气还原获得W粉；(2)将W粉和C粉混合后于1400-1600℃温度范围内碳化获得WC粉；(3)将WC粉和钴粉混合制得WC-Co粉末。但是，传统方法不是一种理想的制备纳米/超细WC-Co粉末的方法，存在许多弊端。首先，W粉和C粉的碳化温度高，容易造成粉末晶粒长大，影响粒度分布的均匀性。其次，传统方法中影响粉末质量的因素多，对粉末性能控制较难。最后，传统方法工艺流程及生产周期长，生产成本较高。

经过近20年的发展，在世界各国科研人员不懈努力下，许多新的纳米/超细WC-Co复合粉末制备方法被开发出来，其主要分为两大类：自上而下和自下而上的方法。自上而下的方法是指从大颗粒等宏观角度出发获得纳米/超细粉末，其主要方法包括高能球磨法等。自下而上的方法是指从原子水平或分子水平等微观角度出发获得纳米/超细粉末，其主要包括溶液法和气相合成法等。

(1)高能球磨法

传统高能球磨法是将原料粉末和磨球按照一定比例装入球磨罐中，并通入惰性气体，通过磨球的碰撞作用使粉末强制进行挤压-冷焊-破碎的过程而达到晶粒细化，制备纳米/超细WC-Co粉末的方法。但该传统方法耗时长，且细化效果不够理想。随后，一些新的高能球磨工艺相继被开发出来，如高能双驱行星球磨(HE-DPM)，机械化学合成，机械热活化合成(IMAT)等。如Butler等人采用高能双驱动行星球磨仅用10h就将0.8μm的WC和WC-Co粉末尺寸降到了10-20nm。Hoseinpur等将WO3,Zn,和C装入球磨罐中，球磨36h后将所得粉末放入稀释的盐酸中浸泡2小时后获得20nm左右的WC粉末。但是，高能球磨制备超细晶WC-Co复合粉末时，WC晶粒晶格畸变能高，WC/WC晶界数量较多，在后续烧结过程中容易发生WC晶粒聚集长大。

(2)溶液法