[发明专利]一种高温喷雾干燥、短流程制备纳米WC-Co复合粉末的方法

说明书

本发明公开了一种高温喷雾干燥、短流程制备纳米WC‑Co复合粉末的方法，其是以水溶性偏钨酸铵、水溶性钴盐和水溶性碳源为原料，将原料加入到装有纯水并加热搅拌的容器中制备成料浆，将料浆通过料泵输送到通有氮气的闭式离心高温喷雾干燥塔中干燥，再将喷雾干燥的前躯体物料粉碎、筛分，然后进行还原碳化，再然后将还原碳化物料通过气流粉碎筛分，最后进行合批，即制得纳米WC‑Co复合粉末。本发明制备的纳米WC‑Co复合粉末性能稳定、物相单一、成分均匀、粒度分布窄、晶粒细小、粉末成分容易控制，是一种可以工业化、批量化生产的工艺。

技术领域

本发明属于一种超细硬质合金生产所用原料粉末的制备方法，是一种采用水溶法、高温喷雾干燥、碳热原位还原反应、短流程制备纳米WC-Co复合粉末的方法。采用该方法制备的纳米WC-Co复合粉末制备超细硬质合金可应用于点阵打印机钻头、集成电路板微型钻头、高精度数控加工钻头和铣刀、医用牙钻、难加工材料刀具等。

背景技术

为了满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞、电磁屏蔽、散热等要求，同时3C产品的主板(PCB)的层数越来越多、PCB微小孔的直径越来越小，相对应微孔的厚径比越来越大、布线密度越来越密，对PCB孔质量提出了更高和更严的要求。3C产品的外壳材料由ABB、PC不断向高端铝合金、钛合金、不锈钢、玻璃、陶瓷材料发展和应用，并伴随着先进制造系统、高速切削、超精密加工、绿色制造的发展，促使刀具材料朝着高强度、高硬度的硬质合金方向发展。

要想制备高强度、高硬度硬质合金，首先要制备超细WC-Co混合料粉末。传统工艺制备超细WC-Co混合料粉末，是先将金属钴盐经酸浸、沉淀、煅烧、还原等工序制备成Co粉，再与钨精矿经冶炼、煅烧、还原、碳化等工序制备成WC粉末，然后用酒精作为湿磨介质，将Co粉和WC粉末经球磨、喷雾干燥、烧结制得超细WC-Co混合料粉末。该方法存在工艺流程长、组元分布不均匀、球磨引起晶格畸变、晶粒不均匀长大、质量不易控制等缺点。

不少专家学者提出纳米WC-Co复合粉末的制备方法，目前较成熟和先进的技术有喷雾转换法。喷雾转化法是以钨盐[偏钨酸铵(AMT)(NH₄)₆(H₂W₁₂O₄₀)·4H₂O或钨酸(H₂WO₄)]和钴盐[氯化钴CoCl₂、硝酸钴Co(NO₃)₂、碳酸钴CoCO₃或醋酸钴Co(CH₃COO)₂]、碳源[葡萄糖(C₆H₁₂O₆)、淀粉(C₆H₁₀O₅)n或碳化还原通入含碳气氛(CO、CO₂、CH₄、C₂H₂)]和(H₂、N₂)制备出WC-Co复合粉末。研究发现，喷雾转化法制备WC-Co复合粉末，工艺流程短、组元分布均匀、晶粒度小，还原碳化温度低，易实现产业化，是制备超细晶硬质合金的关键原料。被国内外高校、企业进行深入及系统性研究。美国专利US5882376A、US625458B1，日本专利JP7-54001A及中国专利CN1563461A、CN1086753A、CN1254628A、CN1203840A、CN103056377B、CN103056381B等，都是采用低温开式喷雾干燥-还原碳化或通含碳气体制备纳米WC-Co复合粉末。开式喷雾干燥-煅烧制备的方法存在以下问题：前驱体粉末容易吸潮糊化；煅烧过程中物料容易粘料盒；前驱体粉末煅烧过程中容易形成发泡状结构氧化物；前驱体煅烧过程中挥发物对设备有一定腐蚀，降低设备使用寿命。

目前尚没有采用高温喷雾干燥、闭式离心喷雾干燥塔、通氮气制备前躯体粉末的方法，也未有方法对WC-Co复合粉末生产过程中的质量进行控制，特别是晶粒度、粒度分布、水含量、氧含量及烧结装钵舟皿等。

发明内容