[发明专利]一种冷冻制备钴包裹碳化钨粉的方法

说明书

本发明属于硬质合金及材料冶金领域，具体公开了一种冷冻制备钴包裹碳化钨粉的方法。该方法以金属钴盐和碳化钨粉末为原料，通过溶解、冷冻结晶、三步热处理等步骤，实现均匀的钴包裹碳化钨粉的制备。在热液中溶解钴盐得到含钴前驱液，再通过添加碳化钨粉末作为成核剂，在搅拌的过程中逐渐降温，钴盐析出并附着、包裹在碳化钨粉末，得到均匀包裹的碳化钨‑钴盐复合粉，后分别在三段不同的温度下干燥、分解和还原得到混合均匀的钴包裹碳化钨粉末。本发明实现均匀碳化钨‑钴包裹粉末的制备，工艺流程简单，可以得到不同牌号的Co含量，且粒度易控，有效解决当前硬质合金生产过程中的钴池等不均匀问题。

技术领域

本发明属于硬质合金及材料冶金领域，更具体的，涉及一种冷冻制备钴包裹碳化钨粉的方法。

背景技术

WC/Co硬质合金材料广泛应用于机械加工、电子轻纺、国防军工和地质冶金等领域。目前WC/Co硬质合金生产方法是将碳化钨与钴粉进行固固球磨混合，获得碳化钨-钴混合料，通过压制烧结成型。这种方法中碳化钨和钴难以混合均匀，影响硬质合金产品的性能，使控制钴池形成为生产中共性难题。随着超细和低钴化硬质合金的发展，对碳化钨与钴混合要求更高。传统的碳化钨-钴复合粉生产方法已难以满足需求，多项固液、液液的碳化钨-钴复合粉生产方法被研究。

在固液混合方面，中国专利CN103056376A和中国CN102198514A以废硬质合金为原料，经氧化、破碎后与水溶性渗碳球化剂混合，配制成混合水溶液，经快速喷雾干燥、还原合成和调碳，得到碳化钨钴复合粉末，该方法流程长、容易引入杂质、处理对象单一。中国专利CN102198514A则是采用钴盐甲醇溶液和碳化钨粉进行混合得到面状胶泥，进而还原得到碳化钨钴复合粉，有机体系限制了高钴含量复合粉的制备。

在液液混合方面，中国专利CN201010104957、中国专利CN103056382A、中国CN103056377A、中国专利CN105290413A和文章《超细晶碳化钨-钴复合粉短流程制备工艺研究》均以液态钨盐和钴盐混合得到水溶液，经喷雾干燥来制备钨钴氧化物复合粉，再碳化成碳化金属-钴复合粉，这是目前研究较多的方法，但在碳化过程中容易带入杂质、还原和碳化不完全，工艺流程较复杂，碳化过程中容易引入杂质，目前尚无很好应用。

同时，在生产过程中，Co包裹粉在WC颗粒表面的均匀覆盖，可实现了WC和Co的均匀分布，在球磨过程中包裹层对WC颗粒起到保护作用。因此，保证WC颗粒的完整性，对生产超高性能硬质合金产品具有重要意义。

综上所述，目前的固固生产工艺存在钴偏析而发生钴池问题，固液和液液都尚无形成简捷、通用性的WC-Co均匀粉生产，以解决高性能硬质合金生产的原料问题。

发明内容

针对当前高性能硬质合金生产所需均匀碳化钨-钴包裹粉的技术难题，本发明提出了一种冷冻制备钴包裹碳化钨粉末的方法，该方法为一种新型固液混合方法，直接采用碳化钨为原料、在盐水溶液中冷冻结晶，实现均匀的钴沉积，后续采用三段热处理工艺，保证了包裹层的稳定化和充分还原，以期实现碳化钨-钴包裹粉末的经济高效、可控稳定生产。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种冷冻制备钴包裹碳化钨粉的方法，包括以下步骤：

S1.钴前驱液配置：取钴盐溶解在水溶液中，配制成10～80g/L的钴前驱液；

S2.冷冻结晶：向步骤S1的钴前驱液中按液固比3：1～6：1计算加入碳化钨粉，并转入冷浴中，打开搅拌进行冷冻结晶，以0.2～3℃/min的冷却速度冷却至终点温度10～-5℃并陈化一定时间后分离溶液和结晶物，所述分离溶液返回步骤S1配制钴前驱液；

S3.热处理：将步骤S2所得结晶物在温度为50～100℃、200～350℃、400～550℃下分别依次进行干燥、分解和还原的三段热处理，得碳化钨-钴包裹粉末。