專(zhuān)利名稱：一種制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法及產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬一種硬質(zhì)合金鎢鈷混合料的加工方法及采用該方法制成的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)和技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械加工、IT產(chǎn)業(yè)等都對(duì)硬質(zhì)合金提出了很高的要求。如IT產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)上要求的是高集成化，電子元件小型化、規(guī)范化，從而對(duì)硬質(zhì)合金微鉆(一種用于加工印刷電路板微型鉆頭)要求做到直徑越來(lái)越少，甚至是直徑1mm以下，這就要求能夠制作出具有超細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金，而超細(xì)晶粒的硬質(zhì)合金需要用細(xì)和超細(xì)碳化鎢粉、鈷粉來(lái)制作。
硬質(zhì)合金是屬于一種脆性材料，硬度和強(qiáng)度到耐磨性和韌性之間的矛盾一直是困擾其發(fā)展的主要因素，要提高合金硬度，自然伴隨著強(qiáng)度的降低，人們做了很多努力，采取了諸如提高結(jié)構(gòu)均勻性，添加合金化元素，表面涂層的強(qiáng)化處理等一系列重大技術(shù)措施使合金的硬度和強(qiáng)度之間的矛盾在一定程度上得以緩解，但并未從根本上解決問(wèn)題。近年來(lái)，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在硬質(zhì)合金粘結(jié)相不變的情況下，當(dāng)碳化鎢晶粒度降低時(shí)，不僅合金的硬度而且強(qiáng)度均有顯著的提高，同時(shí)隨著晶粒度的減少，這種提高的幅度更明顯，這種兼有高硬度和高強(qiáng)度的硬質(zhì)合金在切削加工硬而脆的材料時(shí)，顯出極優(yōu)異的使用性能，也打破了硬度的提高必然伴隨著強(qiáng)度下降的傳統(tǒng)加觀念。由此可見(jiàn)，硬質(zhì)合金性能的提高可簡(jiǎn)單地通過(guò)在保持化學(xué)均勻性與顯微結(jié)構(gòu)均勻性的同時(shí)降低顯微結(jié)構(gòu)尺度來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料顆粒度縮小到約5nm時(shí)，材料的性能會(huì)發(fā)生突變，材料的高韌性、高硬度、高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率就會(huì)可以全面實(shí)現(xiàn)。
硬質(zhì)合金的生產(chǎn)通常是把碳化鎢粉按不同用途、不同牌號(hào)之硬質(zhì)合金成份配制好金屬鈷粉，在酒精介質(zhì)中進(jìn)行濕磨，一般需要12-120小時(shí)，這是根據(jù)不同成份的硬質(zhì)合金混合料要求而定，做到盡可能使金屬鈷粉均勻地分散在碳化鎢粉顆粒之間。球磨完畢后，除去介質(zhì)酒精，并進(jìn)行干燥100℃-200℃干燥2-3小時(shí)，加成型劑制粒。成型劑有橡膠、石臘、PVC，不同的成型劑加入方法也不盡相同，目前普通采用制粒機(jī)和噴霧制粒法制粒，將制粒好的混合料進(jìn)行壓制成胚料，再將胚料在高溫下燒制成致密的硬質(zhì)合金。
上述方法制取超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金時(shí)會(huì)出現(xiàn)很多困難，首先由于碳化鎢WC和金屬鈷為固相球磨混合，所以需要長(zhǎng)時(shí)間的混合球磨，對(duì)于WC來(lái)說(shuō)球磨過(guò)程中會(huì)造成晶格畸變能以及因此可造成在燒結(jié)過(guò)程中非均勻晶粒長(zhǎng)大，其次長(zhǎng)時(shí)間的球磨會(huì)引起的臟化，而且，即便是長(zhǎng)時(shí)的球磨混合也未必可以使混合料可以達(dá)到理想的混合狀態(tài)，這也涉及到WC和Co粉的粒度特性和粒度分散性。
為此，Nanodyne公司和株洲硬質(zhì)合金廠等希望通過(guò)粉末制造技術(shù)與硬質(zhì)合金制造技術(shù)結(jié)合起來(lái)，也就是先利用可溶性的偏鎢酸銨和硝酸鈷化合物相溶后，采用噴霧熱化學(xué)法制成分子級(jí)混合的WC-Co的復(fù)合粉末，再利用這種混合均勻的復(fù)合粉末來(lái)制取硬質(zhì)合金，這樣可以克服傳統(tǒng)生產(chǎn)方法長(zhǎng)時(shí)間球磨混合帶來(lái)的不足之處，以克服硬質(zhì)合金燒結(jié)過(guò)程中會(huì)發(fā)生的聚集再結(jié)晶與液相重結(jié)晶，但是直到目前為止，雖然可以制備出納米級(jí)的復(fù)合的WC-Co粉末，而且在合金混合料中加入了像WC的晶粒長(zhǎng)大抑制劑，但還未制造出合金晶粒與原料粉末相適應(yīng)的納米硬質(zhì)合金。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述不足，提供一種工藝簡(jiǎn)單、流程短的制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法及產(chǎn)品，用這種方法制備的產(chǎn)品可保證在后續(xù)工藝中的硬質(zhì)合金燒結(jié)時(shí)，收縮均勻，避免WC的晶粒長(zhǎng)大，從而能夠生產(chǎn)出合金晶粒尺度大小與初始粉末粒度相適應(yīng)的超細(xì)硬質(zhì)合金。
解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是包含下述過(guò)程-將可溶性有機(jī)鈷化合物溶解于溶液中，取其清澈透明的溶液；-將超細(xì)碳化鎢粉末與體積為其5-10倍的上述有機(jī)鈷化合物溶液混合均勻，以涂覆的方法使有機(jī)鈷化合物沉涂在碳化鎢表面上；
-用噴霧干燥方式將液相介質(zhì)蒸發(fā)干，使有機(jī)鈷化合物均勻地包覆在碳化鎢粒子表面上；-再通過(guò)還原法使金屬鈷均勻地包覆在每個(gè)碳化鎢粒子的外表面上，形成層次分明的碳化鎢與金屬鈷層。
所述的可溶性有機(jī)鈷化合物是指可溶解于溶液的有機(jī)鈷化合物，對(duì)于本發(fā)明方法來(lái)說(shuō)，采用的有機(jī)鈷溶解度越高越好，例如醋酸鈷或草酸鈷或其它溶解度較高的有機(jī)鈷化合物；所述的溶劑為能夠溶解有機(jī)鈷的溶劑，例如酒精或甲醇或乙醚，或其它能夠溶解有機(jī)鈷化合物的溶劑；采用本發(fā)明方法制作的產(chǎn)品為在每個(gè)超細(xì)碳化鎢粒子的外表面上，均勻包覆有金屬鈷層。
本發(fā)明方法使混合料的制備工藝變得簡(jiǎn)單易做、大大縮短了工藝流程和加工時(shí)間，簡(jiǎn)化了加工設(shè)備，并可使制出的碳化鎢WC超細(xì)粒子表面形成一層包覆在其上的很薄的金屬鈷層，這種WC-Co的復(fù)合粉末，能夠使碳化鎢、鈷層次分明地均勻分佈，從而使后續(xù)工序合金固化時(shí)的燒結(jié)收縮均勻，避免燒結(jié)過(guò)程WC晶粒的長(zhǎng)大，給合金后續(xù)工藝帶來(lái)方便，為最終使硬質(zhì)合金固化工藝能夠制出合金晶粒尺度大小與初始粉末粒度大小相適應(yīng)的超細(xì)硬質(zhì)合金提供了有力保證。


圖1、本發(fā)明實(shí)施例1工藝流程圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1本例方法包含下述步驟1、原料取本公司制備的0.4μm的WC粉1.5公斤，醋酸鈷0.4公斤，酒精500ml；2、將醋酸鈷放入于酒精中，充分?jǐn)嚢柚钡剿械拇姿徕捜咳芙?，形成完全清澈透明的醋酸鈷溶液?、將WC粉邊攪拌邊緩慢地加入上述醋酸鈷溶液中，加完WC后繼續(xù)攪拌0.2-1小時(shí)，保證WC粉均勻分散在溶液中；4、將上述WC粉懸浮液進(jìn)行噴霧干燥，噴霧干燥是在不斷攪拌WC與醋酸鈷化合物溶液混合料漿的情況下進(jìn)行噴霧，干燥溫度在100-120℃之間，噴霧的速率根據(jù)WC的粒度確定，粒度越小，噴霧速度率可以越快，一般應(yīng)保證液相溶劑能夠完全蒸發(fā)為準(zhǔn)。
5、將干燥后的粉末在管式通氫爐中還原，還原溫度在400-800℃，停留1-5小時(shí)，氫流量0.3m3/分(氫流量以使鈷能夠充分還原為準(zhǔn))，冷卻到室溫出料。
6、將還原料過(guò)60目篩，物料分散度85％以上，即得到硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料復(fù)合粉末。
所得復(fù)合粉末可直接送去壓制成型，也可通過(guò)加成型劑后送去壓制成型。
用本例方法生產(chǎn)出的鎢鈷混合粉末，經(jīng)壓制成型燒結(jié)等工序制造的硬質(zhì)合金，其晶粒尺度大小與初始粉末粒度相適應(yīng)，即初始粒度為0.4μm的WC粉末經(jīng)上述過(guò)程加工后硬質(zhì)合金晶粒保持在0.4μm。
實(shí)施例2-5實(shí)施例2 實(shí)施例3 實(shí)施例4 實(shí)施例5WC粉粒度 0.2μm 0.4μm 0.6μm 0.8μmWC粉重量 1Kg 1.5Kg2Kg 2Kg鈷化合物 醋酸鈷450g 草酸鈷300g 醋酸鈷800g 草酸鈷450g溶劑 乙醚 甲醇 乙醚 乙醇固液比 1∶5 1∶9 1∶3 1-6干燥溫度 100℃100℃110℃120℃還原溫度 400-500℃550-650℃600-700℃700-800℃上述固液比是指超細(xì)碳化鎢粉末與有機(jī)鈷化合物溶液的體積比。
用上述實(shí)施例生產(chǎn)出的混合粉末，也能使制成的硬質(zhì)合金晶粒尺度大小與初始粉末粒度相適應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法，其特征在于，包含下述步驟—將可溶性有機(jī)鈷化合物溶解于溶液中，取其清澈透明的溶液；—將超細(xì)碳化鎢粉末與體積為其5-10倍的上述有機(jī)鈷化合物溶液混合均勻，以涂覆的方法使有機(jī)鈷化合物沉涂在碳化鎢表面上；—用噴霧干燥方式將液相介質(zhì)蒸發(fā)干，使有機(jī)鈷化合物均勻地包覆在碳化鎢粒子表面上；—再通過(guò)還原法使金屬鈷均勻地包覆在每個(gè)碳化鎢粒子的外表面上，形成層次分明的碳化鎢與金屬鈷層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法，其特征在于所述的有機(jī)鈷化合物為醋酸鈷或草酸鈷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法，其特征在于所述的溶劑為酒精或甲醇或乙醚。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法，其特征在于所述碳化鎢超細(xì)粉末粒度為0.2-0.8μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法，其特征在于所述將超細(xì)碳化鎢粉末與有機(jī)鈷化合物溶液的混合過(guò)程為將WC粉邊攪拌邊緩慢地加入上述有機(jī)鈷化合物溶液中，加完WC后繼續(xù)攪拌0.2-1小時(shí)，保證WC粉全面分散在溶液中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法，其特征在于所述噴霧干燥是在不斷攪拌WC與有機(jī)鈷化合物溶液混合料漿的情況下進(jìn)行噴霧，干燥溫度在100-120℃之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法，其特征在于，所述還原過(guò)程為將干燥后的粉末在管式通氫爐中還原，還原溫度在400-800℃，停留1-5小時(shí)，通氫流量以能達(dá)到充分還原為準(zhǔn)，然后冷卻到室溫出料。
8.用權(quán)利要求1-7任一方法制備的超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料，其特征在于在每個(gè)超細(xì)碳化鎢粒子的外表面上，均勻包覆有金屬鈷層。
全文摘要
一種制備超細(xì)硬質(zhì)合金鎢、鈷混合料的方法，將可溶性有機(jī)鈷化合物溶解于溶液中，取其清澈透明的溶液；將超細(xì)碳化鎢粉末與體積為其5－10倍的有機(jī)鈷化合物溶液混合均勻，以涂覆的方法使有機(jī)鈷化合物沉涂在碳化鎢表面上；用噴霧干燥方式將液相介質(zhì)蒸發(fā)干，使有機(jī)鈷化合物均勻地包覆在碳化鎢粒子表面上；再通過(guò)還原法使金屬鈷均勻地包覆在每個(gè)碳化鎢粒子的外表面上。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易作，工藝流程短，而且可使碳化鎢、鈷層次分明地均勻混合，從而使后續(xù)工序合金固化時(shí)的燒結(jié)收縮均勻，避免燒結(jié)過(guò)程WC晶粒的長(zhǎng)大，為最終使硬質(zhì)合金固化工藝能夠制出合金晶粒尺度大小與初始粉末粒度相適應(yīng)的超細(xì)硬質(zhì)合金提供了有力保證。
文檔編號(hào)B22F9/24GK1924047SQ20061015221
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者譚日善, 鄺鉅津, 譚天翔, 鄺焯鋒, 張濤 申請(qǐng)人:譚日善, 鄺鉅津