超細硬質合金包覆粉末及其製造方法

2023-05-16 12:48:51

專利名稱：超細硬質合金包覆粉末及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種硬質合金原料，更具體地說，本發明涉及一種超 細硬質合金包覆粉末，本發明還涉及該超細硬質合金包覆粉末的製造 方法。
背景技術：
我國是硬質合金生產大國，卻不是硬質合金生產強國。與發達國 家水平相比，我國的硬質合金產品質量較差，大部分產品性能偏低， 仍屬於低技術含量和低附加值的初級產品，使用壽命較短。超細硬質 合金具有優異的綜合性能，是當今國內外硬質合金研究和開發的重要 方向。製備超細硬質合金必須採用高質量的超細硬質合金包覆粉末， 但我國在此方面的研究和應用較為落後。目前國內大多數企業在製備 硬質合金混合料時，尤其是超細硬質合金混合料，採用的仍是碳化鉤 和鈷粉溼磨方法，即將固相還原法製取的粒度較粗的鈷粉與碳化鎢粉 及其它碳化物粉放入球磨機中，經過長時間溼磨後製得。採用粒度較 粗的鈷粉和球磨工藝方法時，很顯然，粒度較粗的鈷粉Ol陶)難 以與超細碳化鎢粉及其它碳化物粉(《1陶)混合均勻，這致使超細 硬質合金燒結後易產生鈷池，並增加了硬質相晶粒聚集長大的趨勢， 從而導致超細硬質合金成品質量較差、使用壽命較低。

發明內容
針對現有技術的上述缺點，本發明所要解決的技術問題是提供一 種生產工藝簡單、質量品質高的超細硬質合金包覆粉末。
本發明還要解決的另一技術問題是提供一種生產工藝簡單、能使 硬質合金包覆粉末中的超細硬質相完全由鈷相超細粉末顆粒均勻包 覆的超細硬質合金粉末的製備方法。
為了解決上述技術問題，本發明提供的超細硬質合金包覆粉末，
該硬質合金包覆粉末中的82g 93.5g超細硬質相碳化鉤和0.5g 10g其它碳化物如碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮、碳化釩和/或碳化鉻， 完全被鈷相超細粉末顆粒均勻包覆組成，所述超細硬質合金包覆粉末 的費氏平均粒度《1陶。
所述超細硬質合金包覆粉末中的Co包覆相粉末由化學共沉澱包 覆反應和低溫還原製備。
相應地，本發明的另一技術解決方案是一種超細硬質合金包覆粉末的製備方法，該製備方法包括以下工藝步驟
步驟A.超細碳化鎢粉和各種碳化物粉預處理將25 mL酒精與
82g 93.5g超細碳化鉤粉和0.5g 10g各種碳化物粉如碳化鈦 TiC 、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC、碳化釩VC和/或碳化鉻Cr3C2均勻混 合，待其活化分散後，作為形核沉澱的核心；
步驟B.共沉澱包覆反應將預處理過的碳化鉤和各種碳化物混 合粉倒入1000 mL鈷鹽溶液中，攪拌均勻後加熱到80 —95°C ，恆溫並 不斷攪拌，待水溶液形成溶膠後，加入沉澱劑，加熱到80 — 95。C，恆 溫並不斷攪拌，使碳酸鈷或氫氧化鈷沉澱包覆在碳化鉤粉和各種碳化 物粉顆粒上；鈷鹽溶液中金屬鈷鹽含量為29 — 50g/L，沉澱劑含量為 7. 12 — 27. 5 g/L;
其中，所述金屬鈷鹽為氯化鈷或硝酸鈷或硫酸鈷；
所述沉澱劑為碳酸銨或氫氧化銨；
步驟C.後處理將共沉澱包覆粉末與溶液分離過濾，用淨水洗滌， 在70 — 95。C的真空烘箱內乾燥1一1.5小時，然後再將乾燥的共沉澱 包覆粉末放入氫氣還原爐中，在400 — 500 °C、氫氣流量為2-4 m7min. 、 50 — 90分鐘的條件下，使碳酸鈷或氫氧化鈷層低溫還原， 製成超細硬質合金包覆粉末。
與現有技術相比，本發明具有以下突出優點
1、 本發明的超細硬質合金包覆粉末，不僅鈷相與硬質相混合更 加均勻，而且硬質相完全被鈷相超細顆粒包覆，降低了超細硬質合金 燒結後易產生的鈷池和硬質相晶粒聚集長大的趨勢。
2、 用本發明的超細硬質合金包覆粉末製備出的超細硬質合金耐 磨性和硬度，抗彎強度和斷裂韌性都有較大提高。
3、 本發明不採用球磨工序，可取代現有的碳化鎢和鈷混合料的 溼磨製備工藝方法，其製備工藝簡單，成本低廉，適合於常規生產。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明。 實施例1:
WC—696(重量)Co-0. 59d(重量)TaC(NbC)包覆粉末。 預處理費氏平均粒度為0.8,的碳化鎢WC和碳化鉭TaC (碳化鈮 NbC)混合粉末94g，其中碳化鎢WC粉末93. 5g、碳化鉭TaC (碳化鈮 NbC)粉末0.5g。將混合粉末與酒精25 mL均勻混合，待其活化分散 後，作為包覆的基體。預處理後的碳化鎢WC和碳化鉅TaC (碳化鈮 NbC)的混合粉末分散在1000 mL硫酸鈷溶液中，硫酸鈷溶液濃度為 七水合硫酸鈷(CoS04 7H20) : 29 g/L;攪拌均勻後加熱到90°C ，恆 溫並不斷攪拌，待水溶液形成溶膠後，加入沉澱劑碳酸銨，碳酸銨
(NHX03*H20): 16.1g/L。調整溶液pH至7.5,用水浴槽加熱控制溫 度保持在9CTC，機械攪拌速度為200轉/分鐘，使碳酸鈷沉澱包覆在 碳化鎢粉和各種碳化物粉顆粒上。共沉澱包覆實驗完成後，將共沉澱 包覆粉末與溶液分離過濾，用淨水洗滌沉澱粉末，在8(TC的真空烘箱 內乾燥1.5小時，然後再將乾燥的包覆粉末放入氫氣還原爐中，在500 °C、氫氣流量為2 m7hr. 、 50分鐘的條件下，使碳酸鈷還原，製成 超細硬質合金包覆粉末。最後得到WC含量為93.5%(重量)、TaC(NbC) 含量為0.5%(重量)、Co含量為6%(重量)的包覆粉末，包覆粉末費氏 平均粒度為0. 9 Pm。 實施例2:
WC—5。/。(重量)TiC -0. 5y。(重量)VC(Cr3C2) _10%(重量)(:0包覆粉末。
預處理費氏平均粒度為0.6to的碳化鎢WC和l陶的碳化鈦TiC及 碳化釩VC (碳化鉻Cr3C2 )混合粉末90g，其中碳化鉤WC粉末84. 5g、 TiC粉末5g、碳化釩VC (碳化鉻03(:2)粉末0. 5g。將碳化鎢WC和l陶 的碳化鈦TiC及碳化釩VC (碳化鉻Cr3C2 )混合粉末與酒精25 mL均 勻混合，待其活化分散後，作為包覆的基體。預處理後的碳化物粉末 分散在lOOOmL硫酸鈷溶液中，硫酸鈷溶液中各成分濃度為七水合 硫酸鈷(CoS04 7H20) : 50 g/L;攪拌均勻後加熱到90°C ，恆溫並不 斷攪拌，待水溶液形成溶膠後，加入沉澱劑氫氧化銨，氫氧化銨(NH40 H): 12 g/L。調整溶液pH至7. 2,用水浴槽加熱控制溫度保持在90°C ， 機械攪拌速度為200轉/分鐘，使氫氧化鈷沉澱包覆在碳化鉤粉和各 種碳化物粉顆粒上。共沉澱包覆實驗完成後，將包覆粉末與溶液分離 過濾，用淨水洗滌，在8(TC的真空烘箱內乾燥1小時，然後再將乾燥 的包覆粉末放入氫氣還原爐中，在45(TC、氫氣流量為3m7hr. 、 70 分鐘的條件下，使氫氧化鈷層還原，製成超細硬質合金包覆粉末。最 後得到WC含量為84.5%(重量)、TiC含量為5%(重量)、VC(CnC2)含 量為0.59&(重量)、Co含量為10%(重量)的包覆粉末，包覆粉末費氏平 均粒度為0. 8 Pm。 實施例3:
WC— ly"重量)TaC(NbC) -8% (重量)Co包覆粉末。 預處理費氏平均粒度為0.4to的碳化鎢WC和0.6幽的碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)混合粉末92g，其中碳化鉤WC粉末91g、碳化鉭TaC (碳 化鈮NbC)粉末lg。將碳化鎢WC和碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)混合粉 末與酒精25 mL均勻混合，待其活化分散後，作為包覆的基體。預處 理後的碳化鎢WC和碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)混合粉末分散在1000 mL 氯化鈷溶液中，氯化鈷溶液濃度為六水合氯化鈷(CoCl2 6H20):
42g/L，攪拌均勻後加熱到95°C，恆溫並不斷攪拌，待水溶液形成溶 膠後，加入沉澱劑碳酸銨，碳酸銨(NH4C03 H20 ): 27.5 g/L。調整 溶液pH至9. 5，用水浴槽加熱控制溫度保持在95°C ，機械攪拌速度為 200轉/分鐘，使碳酸鈷沉澱包覆在碳化鉤粉和各種碳化物粉顆粒上。 包覆實驗完成後，將共沉澱包覆粉末與溶液分離過濾，用淨水洗滌， 在S(TC的真空烘箱內乾燥1.5小時，然後再將乾燥的包覆粉末放入氫 氣還原爐中，在40(TC、氫氣流量為4m7hr. 、 90分鐘的條件下，使 碳酸鈷層還原，製成超細硬質合金包覆粉末。最後得到WC含量為 91%(重量)、TaC(NbC)含量為1%(重量)、Co含量為8%(重量)的包覆 粉末，包覆粉末費氏平均粒度為0.5 Pm。 實施例4:
WC—6呢(重量)TiC -4W(重量)TaC(NbC) -8%(重量)Co包覆粉末。 預處理費氏平均粒度為0.3,的碳化鉤WC和0. 5,的碳化鈦TiC 及碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)混合粉末92g，其中碳化鎢WC粉末82g、 碳化鈦TiC粉末6g、碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)粉末4g。將混合粉末 與酒精25mL均勻混合，待其活化分散後，作為包覆的基體。預處理 後的碳化物粉末分散在1000 mL硝酸鈷溶液中，硝酸鈷溶液濃度為 六水合硝酸鈷(Co (N03) 2*6H20): 39 g/L，攪拌均勻後加熱到95 °C，恆溫並不斷攪拌，待水溶液形成溶膠後，加入沉澱劑氫氧化銨； 氫氧化銨(NH40 H): 9.5 g/L。調整溶液pH至7.5,用水浴槽加熱控 制溫度保持在95°C，機械攪拌速度為200轉/分鐘，使氫氧化鈷沉澱 包覆在碳化鉤粉和各種碳化物粉顆粒上。包覆實驗完成後，將共沉澱 包覆粉末與溶液分離過濾，用淨水洗滌，在95t的真空烘箱內乾燥 1.5小時，然後再將乾燥的包覆粉末放入氫氣還原爐中，在40(TC、 氫氣流量為4 m7hr. 、 90分鐘的條件下，使氫氧化鈷鈷層還原，制 成超細硬質合金包覆粉末。最後得到WC含量為82%(重量〉、TiC含量 為6%(重量)、TaC(NbC)含量為4%(重量)、Co含量為8%(重量)的包覆 粉末，包覆粉末費氏平均粒度為0.45 Pm。 實施例5:
WC—6y。(重量〉Co-0. 5y。(重量)TaC(NbC)包覆粉末。 預處理費氏平均粒度為0.8陶的碳化鎢WC和碳化鉭TaC (碳化鈮 NbC)混合粉末94g，其中碳化鎢WC粉末93.5g、碳化鉭TaC (碳化鈮 NbC)粉末0.5g。將混合粉末與酒精25 mL均勻混合，待其活化分散 後，作為包覆的基體。預處理後的碳化物粉末(碳化鎢WC和碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)的混合粉末)分散在lOOOmL硫酸鈷溶液中，硫酸鈷溶液 濃度為七水合硫酸鈷(CoS04 7H20) : 29 g/L，攪拌均勻後加熱到 8(TC，恆溫並不斷攪拌，待水溶液形成溶膠後，加入沉澱劑氫氧化銨，
氫氧化銨(NH40H): 7.22 g/L。調整溶液pH至7. 5，用水浴槽加熱控 制溫度保持在8CTC，機械攪拌速度為200轉/分鐘，使氫氧化鈷沉澱 包覆在碳化鎢粉和各種碳化物粉顆粒上。包覆實驗完成後，將共沉澱 包覆粉末與溶液分離過濾，用淨水洗滌，在8(TC的真空烘箱內乾燥 1.5小時，然後再將乾燥的包覆粉末放入氫氣還原爐中，在450°C、 氫氣流量為2 m7hr. 、 50分鐘的條件下，使氫氧化鈷層還原，製成 超細硬質合金包覆粉末。最後得到WC含量為93. 5%(重量)、TaC(NbC) 含量為0.5%(重量)、Co含量為6%(重量)的包覆粉末，包覆粉末費氏 平均粒度為0. 9 Wn。 實施例6:
WC — 6。/。(重量)TiC-4y。(重量)TaC(NbC)-8y。(重量)Co包覆粉末。 預處理費氏平均粒度為0.5陶的碳化鎢WC和0.6他的碳化鈦TiC 及碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)混合粉末92g，其中碳化鎢WC粉末82g、 碳化鈦TiC粉末6g、碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)粉末4g。將混合粉末 與酒精25mL均勻混合，待其活化分散後，作為包覆的基體。預處理 後的碳化物粉末分散在lOOOmL氯化鈷溶液中，氯化鈷溶液中各成分 濃度為六水合氯化鈷(CoCl2 6H20) : 42 g/L，攪拌均勻後加熱到 85°C，恆溫並不斷攪拌，待水溶液形成溶膠後，加入沉澱劑碳酸銨， 碳酸銨(NH4C03 H20 ): 27.5 g/L。調整溶液pH至7. 5，用水浴槽加熱 控制溫度保持在85°C，機械攪拌速度為200轉/分鐘，使碳酸鈷沉澱 包覆在碳化鎢粉和各種碳化物粉顆粒上。包覆實驗完成後，將共沉澱 包覆粉末與溶液分離過濾，用淨水洗滌，在95'C的真空烘箱內乾燥 1.5小時，然後再將乾燥的包覆粉末放入氫氣還原爐中，在40(TC、 氫氣流量為4 m7hr. 、 90分鐘的條件下，使碳酸鈷層還原，製成超 細硬質合金包覆粉末。最後得到WC含量為82%(重量)、TiC含量為 6%(重量)、TaC(NbC)含量為4%(重量)、Co含量為8% (重量)的包覆粉 末，包覆粉末費氏平均粒度為0.6 Pm。 實施例7:
WC— 6% (重量)Co-0. 5% (重量)TaC (NbC)包覆粉末。 預處理費氏平均粒度為0.8陶的碳化鉤WC和碳化鉭TaC (碳化鈮 NbC)混合粉末94g，其中碳化鎢WC粉末93. 5g、碳化鉭TaC (碳化鈮 NbC)粉末0.5g。將混合粉末與酒精25 mL均勻混合，待其活化分散 後，作為包覆的基體。預處理後的碳化物粉末(碳化鎢WC和碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)的混合粉末)分散在1000 mL硝酸鈷溶液中，硝酸鈷溶液 中各成分濃度為六水合硝酸鈷(Co (N03) 2'6H20): 29.2 g/L，攪 拌均勻後加熱到8(TC,恆溫並不斷攪拌，待水溶液形成溶膠後，加入 沉澱劑氫氧化銨，氫氧化銨(冊40 H): 7. 12 g/L。調整溶液pH至7. 2，
用水浴槽加熱控制溫度保持在80°C，機械攪拌速度為200轉/分鐘， 使氫氧化鈷沉澱包覆在碳化鎢粉和各種碳化物粉顆粒上。包覆實驗完
成後，將共沉澱包覆粉末與溶液分離過濾，用淨水洗滌，在70。C的真 空烘箱內乾燥1.5小時，然後再將乾燥的包覆粉末放入氫氣還原爐中， 在450。C、氫氣流量為2m7hr. 、 50分鐘的條件下，使氫氧化鈷層還 原，製成超細硬質合金包覆粉末。最後得到WC含量為93.5%(重量)、 TaC(NbC)含量為0.5%(重量)、(:0含量為6%(重量)的包覆粉末，包覆 粉末費氏平均粒度為0.9 Rn。
權利要求
1、一種超細硬質合金包覆粉末，其特徵在於該硬質合金包覆粉末中的82g～93.5g超細硬質相碳化鎢和0.5g～10g其它碳化物如碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮、碳化釩和/或碳化鉻，完全被鈷相超細粉末顆粒均勻包覆組成，所述超細硬質合金包覆粉末的費氏平均粒度≤1μm。
2、 製造權利要求1所述的超細硬質合金包覆粉末的方法，其製備方法包括以下工藝步驟步驟A.超細碳化鎢粉和各種碳化物粉預處理將25 mL酒精與 82g 93.5g超細碳化鎢粉和0.5g 10g各種碳化物粉如碳化鈦 TiC 、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC、碳化釩VC和/或碳化鉻Cr3C2均勻混 合，待其活化分散後，作為形核沉澱的核心；步驟B.包覆共沉澱反應將預處理過的碳化鎢和各種碳化物混 合粉倒入1000 mL鈷鹽溶液中，攪拌均勻後加熱到80 — 95°C,恆溫並 不斷攪拌，待水溶液形成溶膠後，加入沉澱劑，加熱到80 — 95'C，恆 溫並不斷攪拌，使碳酸鈷或氫氧化鈷沉澱包覆在碳化鉤粉和各種碳化 物粉顆粒上；鈷鹽和沉澱溶液中各組分含量為金屬鈷鹽29 — 50g/L， 沉澱劑含量為7. 12 — 27. 5 g/L;步驟C.後處理將沉澱粉末與溶液分離過濾，用淨水洗滌沉澱粉 末，在70 — 95'C的真空烘箱內乾燥1一1.5小時，然後再將乾燥的沉 澱粉末放入氫氣還原爐中，在400— 50(TC、氫氣流量為2-4m7min.、 50 — 90分鐘的條件下，使碳酸鈷或氫氧化鈷層低溫還原，製成超細硬 質合金包覆粉末。
3、 根據權利要求2所述的超細硬質合金包覆粉末的製備方法，其 特徵在於所述步驟B中，所述金屬鈷鹽為氯化鈷或硝酸鈷或硫酸鈷。
4、 根據權利要求2所述的超細硬質合金包覆粉末的製造方法，其 特徵在於所述步驟B中，所述沉澱劑為碳酸銨或氫氧化銨。
全文摘要
本發明公開了一種超細硬質合金包覆粉末及其製備方法，該硬質合金包覆粉末中的超細硬質相碳化鎢和其它碳化物如碳化鈦、碳化鉭、碳化鈮、碳化釩和/或碳化鉻，完全被鈷相超細粉末顆粒均勻包覆組成，所述超細硬質合金包覆粉末的費氏平均粒度≤1μm。本發明將超細碳化鎢和其它碳化物粉硬質相活化分散後，放入水溶性金屬鈷鹽的溶液中，以超細碳化鎢粉和其它碳化物粉硬質相顆粒為核心，利用化學共沉澱包覆反應，在碳化鎢粉和其它碳化物粉硬質相表面形成均勻碳酸鈷或氫氧化鈷包覆層，共沉澱包覆粉末經過濾、洗滌、乾燥、低溫還原後，製成超細硬質合金包覆粉末。本發明工藝簡單、成本低，可以替代現有硬質合金溼磨混合料及其製備方法，採用本發明粉末可以製備出高質量的超細硬質合金材料。
文檔編號C22C29/08GK101186990SQ200710035938
公開日2008年5月28日 申請日期2007年10月19日 優先權日2007年10月19日
發明者沙 劉, 偉 張 申請人:中南大學;江西天合新材料有限公司