一種超細鈷粉及其製造工藝的製作方法

2023-06-08 07:59:11 1

專利名稱：一種超細鈷粉及其製造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種硬質合金材料，更具體地說,本發明涉及一種超細鈷粉 及其製造方法。
背景技術：
超細硬質合金具有優異的性能，是硬質合金髮展的重要方向。生產超細
硬質合金必須添加超細Co粉。因此，高質量超細Co粉是生產超細硬質合 金的重要原料之一。開發含超細Co粉，對製備高、精、尖的硬質合金產品， 提高我國硬質合金生產工業水平意義重大。
目前，由於國內生產技術水平落後，與發達國家水平相比，我國的硬質 合金產品質量較差，大部分產品性能仍偏低，屬於低技術含量和低附加值的 初級產品，使用壽命較短，平均售價較發達國家約低20 100%。這其中的一 個主要原因是，國內企業在超細硬質合金原料中添加的鈷粉粒度較粗，通常 其費氏粒度大於0.6pm，而超細硬質合金的製備要求匹配高質量超細鈷粉 (例如費氏粒度小於0.6pm，氧含量《0.5%)才可能獲得更好的使用性能。

發明內容
針對現有技術的上述缺點，本發明的目的是要提供一種超細鈷粉及其制
造工藝，其具有如下優點該超細鈷粉成品能有效提高硬質合金產品的質量, 且其生產工藝簡單、成本低廉，適合於常規生產。
為此，本發明的技術解決方案之一是一種超細鈷粉的製造工藝，該製造 工藝包括如下步驟
步驟A，將碳酸鈷或草酸鈷的粉料置於高能球磨罐內，按照粉料的重量，
分別以不同比例加入研磨分散劑和硬質合金的磨球； 步驟B，將球磨罐內抽真空，然後通入氬氣保護；步驟C，密封球磨罐，控制球磨罐轉速、進行高能球磨，球磨一段時間 後得到超細碳酸鈷或超細草酸鈷的粉末；
步驟D，將得到的超細碳酸鈷或草酸鈷的粉末在H2氣氛中還原，得到氧 含量《0.5%、費氏粒度〈0.6nm的鈷粉。
與現有技術相比，本發明的製備工藝採用高能球磨機設備，將原料粉末 與特有研磨分散劑按一定配比作機械混合、在惰性氣體保護下、採用硬質合 金磨球、對工業級的原料粉末作中長時間研磨球磨機中的迴轉機械能傳遞 給原料粉末，而原料粉末在球磨介質的反覆衝撞下，承受衝擊、剪切、摩擦 和壓縮多種力的作用，經歷反覆的粉碎，擠壓、晶體破壞、晶體重構及冷焊 合等歷程，從而形成超細粒子粉末。經試驗證實，加入本發明鈷粉可使得硬 質合金塊體材料的硬度和抗彎強度大幅提高。而且，本發明的製備工藝簡單， 成本低廉，適合於常規生產工藝，除高能球磨設備、普通還原電爐外，不需 其它額外設備。
本發明工藝方法的具體改進和優點還包括
所述步驟A中，控制粉料研磨分散劑的重量比例為100: 0.5 2，控 制粉料磨球的重量比例為1: 5 20。這樣能使得粉料得以充分的分散、充 分的研磨。
本發明採用市場易得且合適的原料、設備進行生產所述步驟A中，所 述硬質合金磨球的材質牌號為YG10;所述碳酸鈷或草酸鈷粉料為工業原料 級，其費氏平均粒度為0.5 20iim。
所述磨球直徑為4)6 4)30ram，其中4>6與4)30mm磨球的重量比例為
1.5-2.5:1。這樣能使得粉料得以充分、高效研磨。
所述步驟A中，所述研磨分散劑為兩親性的硬脂酸。所述研磨分散劑為 十八酸。本發明工藝採用硬脂酸作為研磨分散劑，而優選十八酸。因為其是 一種兩親性的有機酸，除具有表面活性作用，其端基的羧酸基幾乎同所有金 屬離子都有較強的配位作用，再者，硬脂酸的熔點較低(約70'C)，低溫熔 融的硬脂酸酸可作為金屬氧化物、氫氧化物、硝酸鹽或有機羧酸鹽等的溶劑， 使得各種金屬離子在其液相中達到高度均勻穩定的混合。本發明的工藝方法 充分利用了硬脂酸兼有配合劑和表面活性劑的均勻、穩定的雙重混合作用， 完全避免了在球磨過程中以水作為分散劑，從而有效地防止了金屬離子的水 解沉澱現象，大大提高了本發明方法的效率和工藝適應性。
為減少氧化副反應、保證最佳球墨效果，所述步驟B中，球磨罐抽真空 至10—2 10—5Pa，通入的保護氬氣的壓力為102 103Pa;所述步驟C中，控制 球磨罐轉速為300 500轉/分鐘、球磨時間為20 50小時。
所述步驟D中，所述還原溫度為450—50CTC，所述還原操作的時間 1.2 —1.6小時。相比常規還原溫度500 — 550。C，本發明還原操作溫度低了 50°C，相比常規還原時間1.5—2小時，本發明還原操作時間減少了 20%， 因而，本發明還原操作能夠減少能耗、提高效率。
本發明的另一技術解決方案是一種超細鈷粉，該鈷粉是以碳酸鈷 (CoC03)或草酸鈷(CoC2042H20)粉料為原料製得，而所述超細鈷粉是所述
粉料經過硬質合金磨球的高能球磨、H2氣還原後製得。
所述超細鈷粉的費氏粒度〈0.6^im，其氧含量《0.5%。 本發明的超細鈷粉產品具有如下優點
1、本發明的鈷粉費氏粒度小於0.6pm，且氧含量《0.5%，與此對照
目前國家標準規定超細鈷粉的平均費氏粒度為l一1.5Mfli，而國內外能批量 供貨的極細鈷粉平均費氏粒度範圍為0.65-l.OMm;平均費氏粒度小於 0.60Mm、且氧含量《0.50%的鈷粉的批量供貨還未見報導。因此，目前本發 明工藝製得的鈷粉質量指標在國內外尚屬領先。
2、 本發明產品的製備工藝簡單，適合於常規設備生產，成本低廉。
3、 用本發明的超細鈷粉製備出的超細硬質合金產品，其耐磨性和硬度， 抗彎強度和斷裂韌性都有較大提高與普通鈷粉製得硬質合金相比，用本發 明的超細鈷粉作粘結相所製成的硬質合金塊體材料，其耐磨性提高10 30%， HRA提高0. 5 2，抗彎強度提高5 20%，斷裂韌性提高10 20%，可廣 泛用於硬質合金製作刀具、鑽具、模具、量具及各種耐磨零件。
以下結合具體實施例對本發明做進一步說明。
具體實施例方式
實施例1:
1、將平均粒度為10pm的工業級碳酸鈷粉料和W(wt)的研磨分散劑加 入高能球磨罐內，按(重量比)粉料球二l: 10的比例加入YG10硬質合金 磨球，磨球直徑為4>6 <1)30 ram，小6:小30(wt)二2: 1;
3、 將球磨罐抽真空至10—3 Pa，通入氬氣保護，氬氣壓力為l(fPa;
4、 將充滿氬氣的球料罐密封嚴實後，開始進行高能球磨，設備為行星 式高能球磨機，控制球磨罐轉速為300轉/分鐘、球磨時間為40小時，得到 超細碳酸鈷、以及微量超細混合氧化鈷粉如CoO、 Co203、 0)304等。
5、 將超細碳酸鈷在H2中還原，控制還原溫度為46CTC,還原操作維持 1.4小時，得到氧含量=0.45%、費氏粒度-0.55^im的鈷粉。
本實施例得到的Co粉成品，經與商用超細WC粉混合後，獲得WC90X —
0)10%的硬質合金混合粉末，經過壓制、脫蠟和燒結工藝，製成超細硬質合 金塊體材料。與用較粗Co粉(0.65-1. 0Wn)和相同比例製成的超細硬質合 金塊體材料相比，本實施例製得的硬質合金產品硬度提高0. 5 HRA，抗彎強 度提高5%。 實施例2:
1、將平均粒度為2pm的工業級草酸鈷粉料和l%(wt)的研磨分散劑加入 高能球磨罐內，按(重量比)粉料球二l: 15的比例加入YG10硬質合金磨 球，磨球直徑為4>6 4>30 mm， 4>6: 30(wt)=2: 1;
3、 將球磨罐抽真空至10—3 Pa，通入氬氣保護，氬氣壓力為l3pa;
4、 將充滿氬氣的球料罐密封嚴實後，開始進行高能球磨，設備為行星 式高能球磨機，控制球磨罐轉速為350轉/分鐘、球磨時間為50小時，得到 超細草酸鈷粉，以及微量超細混合氧化鈷粉(如CoO、 Co203、 0)304等)。
5、 將超細草酸鈷粉在H2中還原，控制還原溫度為48(TC，還原操作維 持1.5小時，得到氧含量二0.5%、費氏粒度-0.45pm的鈷粉。
本實施例得到的Co粉成品，經與商用超細WC粉混合後，獲得WC90% — ColOX的硬質合金混合粉末，經過壓制、脫蠟和燒結工藝，製成超細硬質合 金塊體材料。與用較粗Co粉(0.65-l.O陶)和相同比例製成的超細硬質合 金塊體材料相比，本實施例製得的硬質合金產品硬度提高1HRA，抗彎強度提 高15%。
實施例3:
1、將平均粒度為5pm的工業級碳酸鈷粉料和1. 5%(wt)的研磨分散劑加 入高能球磨罐內，按(重量比)粉料球=1: 15的比例加入YG10硬質合金 磨球，磨球直徑為4>6 30 mm， 4>6: 30(wt)=l. 5: 1;
3、 將球磨罐抽真空至0.5X10—3Pa，通入氬氣保護，氬氣壓力為5X102
Pa;
4、 將充滿氬氣的球料罐密封嚴實後，開始進行高能球磨，設備為行星 式高能球磨機，控制球磨罐轉速為400轉/分鐘、球磨時間為45小時，得到 超細碳酸鈷、以及微量超細混合氧化鈷粉如CoO、 Co203、 Co304等。
5、 將超細碳酸鈷在H2中還原，控制還原溫度為48CTC，還原操作維持 1.6小時，得到氧含量=0.45%、費氏粒度-0.45pm的鈷粉。
本實施例得到的Co粉成品，經與商用超細WC粉混合後，獲得WC90X — 0)10%的硬質合金混合粉末，經過壓制、脫蠟和燒結工藝，製成超細硬質合 金塊體材料。與用較粗Co粉(0.65-l.OMm)和相同比例製成的超細硬質合 金塊體材料相比，本實施例製得的硬質合金產品耐磨1^1高25%，硬度提高1. 5 HRA，抗彎強度提高20%， ^)[^|高1漲。
實施例4:
1、將平均粒度為15pm的工業級碳酸鈷粉料和0. 59&(wt)的研磨分散劑 加入高能球磨罐內，按(重量比)粉料球=1: 20的比例加入YG10硬質合 金磨球，磨球直徑為4>6 4)30 mm，小6: 4)30(wt)二2.5: 1;
3、 將球磨罐抽真空至l(TPa，通入氬氣保護，氬氣壓力為5X102pa;
4、 將充滿氬氣的球料罐密封嚴實後，開始進行高能球磨，設備為行星 式高能球磨機，控制球磨罐轉速為450轉/分鐘、球磨時間為50小時，得到 超細碳酸鈷、以及微量超細混合氧化鈷粉如CoO、 Co203、 CoA等。
5、 將超細碳酸鈷在H2中還原，控制還原溫度為46CTC,還原操作維持 1.3小時，得到氧含量二0.5%、費氏粒度-0.55pm的鈷粉。
本實施例得到的Co粉成品，經與商用超細WC粉混合後，獲得WC90X —
0>10%的硬質合金混合粉末，經過壓制、脫蠟和燒結工藝，製成超細硬質合 金塊體材料。與用較粗Co粉(0.65-l.OMm)和相同比例製成的超細硬質合 金塊體材料相比，本實施例製得的硬質合金產品耐磨l^l高15^硬度提高1.0 HRA，抗彎強度提高10%， 11^刀|^1高15%。
權利要求
1、一種超細鈷粉的製造工藝，該製造工藝包括如下步驟步驟A，將碳酸鈷或草酸鈷的粉料置於高能球磨罐內，按照粉料的重量，分別以不同比例加入研磨分散劑和硬質合金的磨球；步驟B，將球磨罐內抽真空，然後通入氬氣保護；步驟C，密封球磨罐，控制球磨罐轉速、進行高能球磨，球磨一段時間後得到超細碳酸鈷或超細草酸鈷的粉末；步驟D，將得到的超細碳酸鈷或草酸鈷的粉末在H2氣氛中還原，得到氧含量≤0.5％、費氏粒度＜0.6μm的鈷粉。
2、 如權利要求1所述的超細鈷粉的製造工藝，其特徵在於所述步驟 A中，控制粉料研磨分散劑的重量比例為100: 0.5 2，控制粉料磨球 的重量比例為1: 5 20。
3、 如權利要求1所述的超細鈷粉的製造工藝，其特徵在於所述步驟A 中，所述硬質合金磨球的材質牌號為YG10;所述碳酸鈷或草酸鈷粉料為工業 原料級，其費氏平均粒度為0.5 20um。
4、 如權利要求3所述的超細鈷粉的製造工藝，其特徵在於所述磨球 直徑為4>6 4> 30腿，其中4>6與4> 30mm磨球的重量比例為1. 5-2. 5:1。
5、 如權利要求1所述的超細鈷粉的製造工藝，其特徵在於所述步驟A 中，所述研磨分散劑為兩親性的硬脂酸。
6、 如權利要求5所述的超細鈷粉的製造工藝，其特徵在於所述研磨 分散劑為十八酸。
7、 如權利要求1所述的超細鈷粉的製造工藝，其特徵在於所述步驟B 中，球磨罐抽真空至10—2 l(T5Pa，通入的保護氬氣的壓力為102 103Pa;所 述步驟C中，控制球磨罐轉速為300 500轉/分鐘、球磨時間為20 50小時。
8、 如權利要求1所述的超細鈷粉的製造工藝，其特徵在於所述步驟D 中，所述還原溫度為450—50(TC，所述還原操作的時間1.2 — 1.6小時。
9、 一種超細鈷粉，該鈷粉是以碳酸鈷(CoC03)或草酸鈷(CoC2042H20) 粉料為原料製得，其特徵在於所述超細鈷粉是所述粉料經過硬質合金磨球的高能球磨、H2氣還原後製得。
10、 如權利要求9所述超細鈷粉，其特徵在於所述超細鈷粉的費氏粒 度〈0.6pm，其氧含量《0. 5%。
全文摘要
本發明涉及一種超細鈷粉及其製造工藝，該工藝包括如下步驟將碳酸鈷或草酸鈷的粉料置於高能球磨罐內，按照粉料的重量，分別以不同比例加入研磨分散劑和硬質合金的磨球；將球磨罐內抽真空，然後通入氬氣保護；密封球磨罐，控制球磨罐轉速、進行高能球磨，球磨一段時間後得到超細碳酸鈷或超細草酸鈷的粉末；將得到的超細碳酸鈷或草酸鈷的粉末在H2氣氛中還原，得到氧含量≤0.5％、費氏粒度＜0.6μm的鈷粉。本發明超細鈷粉成品能有效提高硬質合金產品的質量，且其生產工藝簡單、成本低廉，適合於常規生產。
文檔編號B22F9/04GK101100001SQ200710075929
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月9日 優先權日2007年7月9日
發明者沙 劉, 許開華 申請人:深圳市格林美高新技術股份有限公司;中南大學