專利名稱：超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金原料，更具體地說，本發(fā)明涉及一種超 細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末，本發(fā)明還涉及該超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末的制造 方法。
背景技術(shù)：
我國是硬質(zhì)合金生產(chǎn)大國，卻不是硬質(zhì)合金生產(chǎn)強(qiáng)國。與發(fā)達(dá)國 家水平相比，我國的硬質(zhì)合金產(chǎn)品質(zhì)量較差，大部分產(chǎn)品性能偏低， 仍屬于低技術(shù)含量和低附加值的初級產(chǎn)品，使用壽命較短。超細(xì)硬質(zhì) 合金具有優(yōu)異的綜合性能，是當(dāng)今國內(nèi)外硬質(zhì)合金研究和開發(fā)的重要 方向。制備超細(xì)硬質(zhì)合金必須采用高質(zhì)量的超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末， 但我國在此方面的研究和應(yīng)用較為落后。目前國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)在制備 硬質(zhì)合金混合料時(shí)，尤其是超細(xì)硬質(zhì)合金混合料，采用的仍是碳化鉤 和鈷粉濕磨方法，即將固相還原法制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(jī)中，經(jīng)過長時(shí)間濕磨后制得。采用粒度較 粗的鈷粉和球磨工藝方法時(shí)，很顯然，粒度較粗的鈷粉Ol陶)難 以與超細(xì)碳化鎢粉及其它碳化物粉(《1陶)混合均勻，這致使超細(xì) 硬質(zhì)合金燒結(jié)后易產(chǎn)生鈷池，并增加了硬質(zhì)相晶粒聚集長大的趨勢， 從而導(dǎo)致超細(xì)硬質(zhì)合金成品質(zhì)量較差、使用壽命較低。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一 種生產(chǎn)工藝簡單、質(zhì)量品質(zhì)高的超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。
本發(fā)明還要解決的另一技術(shù)問題是提供一種生產(chǎn)工藝簡單、能使 硬質(zhì)合金包覆粉末中的超細(xì)硬質(zhì)相完全由鈷相超細(xì)粉末顆粒均勻包 覆的超細(xì)硬質(zhì)合金粉末的制備方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末，
該硬質(zhì)合金包覆粉末中的82g 93.5g超細(xì)硬質(zhì)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(xì)粉末顆粒均勻包覆組成，所述超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末 的費(fèi)氏平均粒度《1陶。
所述超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末中的Co包覆相粉末由化學(xué)共沉淀包 覆反應(yīng)和低溫還原制備。
相應(yīng)地，本發(fā)明的另一技術(shù)解決方案是一種超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末的制備方法，該制備方法包括以下工藝步驟
步驟A.超細(xì)碳化鎢粉和各種碳化物粉預(yù)處理將25 mL酒精與
82g 93.5g超細(xì)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，待其活化分散后，作為形核沉淀的核心；
步驟B.共沉淀包覆反應(yīng)將預(yù)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，攪拌均勻后加熱到80 —95°C ，恒溫并 不斷攪拌，待水溶液形成溶膠后，加入沉淀劑，加熱到80 — 95。C，恒 溫并不斷攪拌，使碳酸鈷或氫氧化鈷沉淀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，沉淀劑含量為 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；
所述沉淀劑為碳酸銨或氫氧化銨；
步驟C.后處理將共沉淀包覆粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌， 在70 — 95。C的真空烘箱內(nèi)干燥1一1.5小時(shí)，然后再將干燥的共沉淀 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， 制成超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明的超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末，不僅鈷相與硬質(zhì)相混合更 加均勻，而且硬質(zhì)相完全被鈷相超細(xì)顆粒包覆，降低了超細(xì)硬質(zhì)合金 燒結(jié)后易產(chǎn)生的鈷池和硬質(zhì)相晶粒聚集長大的趨勢。
2、 用本發(fā)明的超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末制備出的超細(xì)硬質(zhì)合金耐 磨性和硬度，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性都有較大提高。
3、 本發(fā)明不采用球磨工序，可取代現(xiàn)有的碳化鎢和鈷混合料的 濕磨制備工藝方法，其制備工藝簡單，成本低廉，適合于常規(guī)生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1:
WC—696(重量)Co-0. 59d(重量)TaC(NbC)包覆粉末。 預(yù)處理費(fèi)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 后，作為包覆的基體。預(yù)處理后的碳化鎢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;攪拌均勻后加熱到90°C ，恒 溫并不斷攪拌，待水溶液形成溶膠后，加入沉淀劑碳酸銨，碳酸銨
(NHX03*H20): 16.1g/L。調(diào)整溶液pH至7.5,用水浴槽加熱控制溫 度保持在9CTC，機(jī)械攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘，使碳酸鈷沉淀包覆在 碳化鎢粉和各種碳化物粉顆粒上。共沉淀包覆實(shí)驗(yàn)完成后，將共沉淀 包覆粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌沉淀粉末，在8(TC的真空烘箱 內(nèi)干燥1.5小時(shí)，然后再將干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，制成 超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。最后得到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(fèi)氏 平均粒度為0. 9 Pm。 實(shí)施例2:
WC—5。/。(重量)TiC -0. 5y。(重量)VC(Cr3C2) _10%(重量)(:0包覆粉末。
預(yù)處理費(fèi)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，待其活化分散后，作為包覆的基體。預(yù)處理后的碳化物粉末 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;攪拌均勻后加熱到90°C ，恒溫并不 斷攪拌，待水溶液形成溶膠后，加入沉淀劑氫氧化銨，氫氧化銨(NH40 H): 12 g/L。調(diào)整溶液pH至7. 2,用水浴槽加熱控制溫度保持在90°C ， 機(jī)械攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘，使氫氧化鈷沉淀包覆在碳化鉤粉和各 種碳化物粉顆粒上。共沉淀包覆實(shí)驗(yàn)完成后，將包覆粉末與溶液分離 過濾，用凈水洗滌，在8(TC的真空烘箱內(nèi)干燥1小時(shí)，然后再將干燥 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，制成超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。最 后得到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(fèi)氏平 均粒度為0. 8 Pm。 實(shí)施例3:
WC— ly"重量)TaC(NbC) -8% (重量)Co包覆粉末。 預(yù)處理費(fèi)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，待其活化分散后，作為包覆的基體。預(yù)處 理后的碳化鎢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，攪拌均勻后加熱到95°C，恒溫并不斷攪拌，待水溶液形成溶 膠后，加入沉淀劑碳酸銨，碳酸銨(NH4C03 H20 ): 27.5 g/L。調(diào)整 溶液pH至9. 5，用水浴槽加熱控制溫度保持在95°C ，機(jī)械攪拌速度為 200轉(zhuǎn)/分鐘，使碳酸鈷沉淀包覆在碳化鉤粉和各種碳化物粉顆粒上。 包覆實(shí)驗(yàn)完成后，將共沉淀包覆粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌， 在S(TC的真空烘箱內(nèi)干燥1.5小時(shí)，然后再將干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，制成超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。最后得到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(fèi)氏平均粒度為0.5 Pm。 實(shí)施例4:
WC—6呢(重量)TiC -4W(重量)TaC(NbC) -8%(重量)Co包覆粉末。 預(yù)處理費(fèi)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，待其活化分散后，作為包覆的基體。預(yù)處理 后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，攪拌均勻后加熱到95 °C，恒溫并不斷攪拌，待水溶液形成溶膠后，加入沉淀劑氫氧化銨； 氫氧化銨(NH40 H): 9.5 g/L。調(diào)整溶液pH至7.5,用水浴槽加熱控 制溫度保持在95°C，機(jī)械攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘，使氫氧化鈷沉淀 包覆在碳化鉤粉和各種碳化物粉顆粒上。包覆實(shí)驗(yàn)完成后，將共沉淀 包覆粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌，在95t的真空烘箱內(nèi)干燥 1.5小時(shí)，然后再將干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(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。最后得到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(fèi)氏平均粒度為0.45 Pm。 實(shí)施例5:
WC—6y。(重量〉Co-0. 5y。(重量)TaC(NbC)包覆粉末。 預(yù)處理費(fèi)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 后，作為包覆的基體。預(yù)處理后的碳化物粉末(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，攪拌均勻后加熱到 8(TC，恒溫并不斷攪拌，待水溶液形成溶膠后，加入沉淀劑氫氧化銨，
氫氧化銨(NH40H): 7.22 g/L。調(diào)整溶液pH至7. 5，用水浴槽加熱控 制溫度保持在8CTC，機(jī)械攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘，使氫氧化鈷沉淀 包覆在碳化鎢粉和各種碳化物粉顆粒上。包覆實(shí)驗(yàn)完成后，將共沉淀 包覆粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌，在8(TC的真空烘箱內(nèi)干燥 1.5小時(shí)，然后再將干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，制成 超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。最后得到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(fèi)氏 平均粒度為0. 9 Wn。 實(shí)施例6:
WC — 6。/。(重量)TiC-4y。(重量)TaC(NbC)-8y。(重量)Co包覆粉末。 預(yù)處理費(fèi)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，待其活化分散后，作為包覆的基體。預(yù)處理 后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，攪拌均勻后加熱到 85°C，恒溫并不斷攪拌，待水溶液形成溶膠后，加入沉淀劑碳酸銨， 碳酸銨(NH4C03 H20 ): 27.5 g/L。調(diào)整溶液pH至7. 5，用水浴槽加熱 控制溫度保持在85°C，機(jī)械攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘，使碳酸鈷沉淀 包覆在碳化鎢粉和各種碳化物粉顆粒上。包覆實(shí)驗(yàn)完成后，將共沉淀 包覆粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌，在95'C的真空烘箱內(nèi)干燥 1.5小時(shí)，然后再將干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，制成超 細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。最后得到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(fèi)氏平均粒度為0.6 Pm。 實(shí)施例7:
WC— 6% (重量)Co-0. 5% (重量)TaC (NbC)包覆粉末。 預(yù)處理費(fèi)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 后，作為包覆的基體。預(yù)處理后的碳化物粉末(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 拌均勻后加熱到8(TC,恒溫并不斷攪拌，待水溶液形成溶膠后，加入 沉淀劑氫氧化銨，氫氧化銨(冊40 H): 7. 12 g/L。調(diào)整溶液pH至7. 2，
用水浴槽加熱控制溫度保持在80°C，機(jī)械攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘， 使氫氧化鈷沉淀包覆在碳化鎢粉和各種碳化物粉顆粒上。包覆實(shí)驗(yàn)完
成后，將共沉淀包覆粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌，在70。C的真 空烘箱內(nèi)干燥1.5小時(shí)，然后再將干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，制成超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。最后得到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(fèi)氏平均粒度為0.9 Rn。
權(quán)利要求
1、一種超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末，其特征在于該硬質(zhì)合金包覆粉末中的82g～93.5g超細(xì)硬質(zhì)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(xì)粉末顆粒均勻包覆組成，所述超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末的費(fèi)氏平均粒度≤1μm。
2、 制造權(quán)利要求1所述的超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末的方法，其制備方法包括以下工藝步驟步驟A.超細(xì)碳化鎢粉和各種碳化物粉預(yù)處理將25 mL酒精與 82g 93.5g超細(xì)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，待其活化分散后，作為形核沉淀的核心；步驟B.包覆共沉淀反應(yīng)將預(yù)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，攪拌均勻后加熱到80 — 95°C,恒溫并 不斷攪拌，待水溶液形成溶膠后，加入沉淀劑，加熱到80 — 95'C，恒 溫并不斷攪拌，使碳酸鈷或氫氧化鈷沉淀包覆在碳化鉤粉和各種碳化 物粉顆粒上；鈷鹽和沉淀溶液中各組分含量為金屬鈷鹽29 — 50g/L， 沉淀劑含量為7. 12 — 27. 5 g/L;步驟C.后處理將沉淀粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌沉淀粉 末，在70 — 95'C的真空烘箱內(nèi)干燥1一1.5小時(shí)，然后再將干燥的沉 淀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，制成超細(xì)硬 質(zhì)合金包覆粉末。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末的制備方法，其 特征在于所述步驟B中，所述金屬鈷鹽為氯化鈷或硝酸鈷或硫酸鈷。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末的制造方法，其 特征在于所述步驟B中，所述沉淀劑為碳酸銨或氫氧化銨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末及其制備方法，該硬質(zhì)合金包覆粉末中的超細(xì)硬質(zhì)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(xì)粉末顆粒均勻包覆組成，所述超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末的費(fèi)氏平均粒度≤1μm。本發(fā)明將超細(xì)碳化鎢和其它碳化物粉硬質(zhì)相活化分散后，放入水溶性金屬鈷鹽的溶液中，以超細(xì)碳化鎢粉和其它碳化物粉硬質(zhì)相顆粒為核心，利用化學(xué)共沉淀包覆反應(yīng)，在碳化鎢粉和其它碳化物粉硬質(zhì)相表面形成均勻碳酸鈷或氫氧化鈷包覆層，共沉淀包覆粉末經(jīng)過濾、洗滌、干燥、低溫還原后，制成超細(xì)硬質(zhì)合金包覆粉末。本發(fā)明工藝簡單、成本低，可以替代現(xiàn)有硬質(zhì)合金濕磨混合料及其制備方法，采用本發(fā)明粉末可以制備出高質(zhì)量的超細(xì)硬質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者沙 劉, 偉 張 申請人:中南大學(xué);江西天合新材料有限公司