專利名稱：一種超細硬質(zhì)合金復合粉末及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種硬質(zhì)合金材料，更具體地說，本發(fā)明涉及一種超 細硬質(zhì)合金復合粉末，本發(fā)明還涉及該超細硬質(zhì)合金復合粉末的制造 方法。
技術背景我國是硬質(zhì)合金生產(chǎn)大國，卻不是硬質(zhì)合金生產(chǎn)強國。與發(fā)達國 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， 仍屬于低技術含量和低附加值的初級產(chǎn)品，使用壽命較短。超細硬質(zhì) 合金具有優(yōu)異的綜合性能，是當今國內(nèi)外硬質(zhì)合金研究和開發(fā)的重要 方向。制備超細硬質(zhì)合金必須采用高質(zhì)量的超細硬質(zhì)合金復合粉末， 但我國在此方面的研究和應用較為落后。目前國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)在制備 硬質(zhì)合金混合料時，尤其是超細硬質(zhì)合金混合料，采用的仍是碳化鴇 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鉤粉 及其它碳化物粉放入球磨機中，經(jīng)過長時間濕磨后制得。采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(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， 從而導致超細硬質(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)有技術的上述缺點，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一 種生產(chǎn)工藝簡單、質(zhì)量品質(zhì)高的超細硬質(zhì)合金復合粉末。本發(fā)明還要解決的另 一 技術問題是提供 一 種生產(chǎn)工藝簡單、能使 硬質(zhì)合金復合粉末中的超細硬質(zhì)相完全由鈷相超細粉末顆粒均勻包 覆的超細硬質(zhì)合金復合粉末的制造方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的超細硬質(zhì)合金復合粉末， 該硬質(zhì)合金復合粉末中的超細硬質(zhì)相碳化鎢WC和其它碳化物如碳化鈦TiC 、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC、碳化釩VC禾卩/或碳化鉻Cr^C" 完全由鈷相超細粉末顆粒均勻包覆組成，所述超細硬質(zhì)合金復合粉末 的費氏平均粒度《1陶。所述超細硬質(zhì)合金復合粉末中的Co包覆相粉末由化學鍍和低溫 晶化還原制備。相應地，本發(fā)明的另一技術解決方案是一種超細硬質(zhì)合金復合粉 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 5.5g各種碳化物粉如碳化鈦 TiC 、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC、碳化釩VC和/或碳化鉻均勻混 合，待其活化分散后，作為鍍覆的基體；步驟B.鈷鍍層制備將預處理過的碳化鎢和各種碳化物混合粉倒 入1000 mL化學鍍鈷液中，攪拌均勻后加熱到80— 95。C ，恒溫并不斷 攪拌，直到不再產(chǎn)生氣泡、反應結(jié)束，形成鍍鈷層；化學鍍鈷液中各組分含量為金屬鈷鹽30_50g/L、還原劑4一 101g/L、絡合劑和緩沖劑30— 130g/L;其中，所述的金屬鈷鹽為硫酸鈷或氯化鈷；所述的還原劑為亞磷酸鈉、二甲胺硼烷、四氫硼鈉、水合肼中的 一種或同幾種；所述絡合劑和緩沖劑為擰檬酸鈉、酒石酸鉀鈉、硼酸、氯化氨中 的一種或同幾種；步驟C.后處理將鍍覆粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌，在 70 — 90。C的真空烘箱內(nèi)干燥1一1.5小時，然后再將干燥的鍍覆粉末 放入氫氣還原爐中，在400 — 450。C、氫氣流量為2-4 m7min. 、 50 — 90分鐘的條件下，使鍍鈷層低溫晶化還原制成超細硬質(zhì)合金復合粉 末。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下突出優(yōu)點1、 本發(fā)明的超細硬質(zhì)合金復合粉末，不僅鈷相與硬質(zhì)相混合更 加均勻，而且硬質(zhì)相完全被鈷相超細顆粒包覆，降低了超細硬質(zhì)合金 燒結(jié)后易產(chǎn)生的鉆池和硬質(zhì)相晶粒聚集長大的趨勢。2、 用本發(fā)明的超細硬質(zhì)合金復合粉末制備出的超細硬質(zhì)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(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)。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進 一 步說明。實施例1:WC — 6% (重量)Co-0. 5% (重量)TaC (NbC)復合粉末。 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 后，作為鍍覆的基體。預處理后的碳化鎢WC和碳化鉭TaC (碳化鈮 NbC)的混合粉末分散在1000 mL鍍液中，然后進行鈷包覆。鍍液中各 成分濃度為七水合硫酸鈷(CoSOi 7H力)29 g/L;亞磷酸鈉 (NaH2P02 H20): 30 g/L;擰檬酸鈉(Na:d07 2H力):60 g/L，硼 酸(H:,B0J: 25 g/L。調(diào)整鍍液pH至9. 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(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將鍍覆粉 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， 然后再將干燥的鍍覆粉末放入氫氣還原爐中，在45(TC、氫氣流量為 2m7hr. 、 50分鐘的條件下，使鍍鈷層晶化還原制成超細硬質(zhì)合金復 合粉末。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)的復合粉末，復合粉末費氏平均粒度為0.9 Pm。實施例2:WC—5。/。(重量)TiC -0. 5%(重量)VC(Cr:,Cj -1096(重量)Co復合粉末。預處理費氏平均粒度為0. 6他的碳化鎢WC和lta的碳化鈦TiC及 碳化釩VC (碳化鉻Cr:iC2 )混合粉末90g，其中碳化鴇WC粉末84. 5g、 TiC粉末5g、碳化釩VC (碳化鉻Cr^)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Cn")混合粉末與酒精25 mL均 勻混合，待其活化分散后，作為鍍覆的基體。預處理后的碳化物粉末 分散在lOOOmL鍍液中，然后進行鈷包覆。鍍液中各成分濃度為七 水合硫酸鈷(CoS0。 ，7^0) : 48 g/L;亞磷酸鈉(NaHJ02 *H20 ): 50 g/L; 檸檬酸鈉(Na:A線 2H20): 80 g/L，硼酸(H3B0:,): 45 g/L。調(diào)整鍍 液pH至9. 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(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將鍍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，然后再將干燥的鍍覆粉末放入 氫氣還原爐中，在45(TC、氫氣流量為3 m7hr. 、 70分鐘的條件下， 使鍍鈷層晶化還原制成超細硬質(zhì)合金復合粉末。最后得到WC含量為 84. 5%(重量)、TiC含量為5%(重量)、VC(Cr:,C2)含量為0.5%(重量)、 Co含量為10%(重量)的復合粉末，復合粉末費氏平均粒度為0.8 Rn。 實施例3:WC—P/"重量)TaC(NbC) -8。/o(重量)Co復合粉末。 預處理費氏平均粒度為0,4陶的碳化鎢WC和0.6to的碳化鉭TaC (碳化鈮NbC)混合粉末92g，其中碳化鎢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，作為鍍覆的基體。預處 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 鍍液中，然后進行鈷包覆。鍍液中各成分濃度為六水合氯化鈷 (CoCL 6H20) : 42 g/L'，亞磷酸鈉(NaH2P02): 18 g/L;檸檬酸
鈉(Na:!C6H507 2H20): 50 g/L，氯化氨(NH工1): 70 g/L。調(diào)整鍍液 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(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將鍍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，然后再將干燥的鍍覆粉末放 入氫氣還原爐中，在40(TC、氫氣流量為4m7hr. 、 90分鐘的條件下， 使鍍鈷層晶化還原制成超細硬質(zhì)合金復合粉末。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)的復合 粉末，復合粉末費氏平均粒度為0. 5 ^m。 實施例4:WC—6。/。(重量)TiC -4G/。(重量)TaC(NbC) -8% (重量)Co復合粉末。 預處理費氏平均粒度為0. 6他的碳化鎢WC和0. 8陶的碳化鈦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，作為鍍覆的基體。預處理 后的碳化物粉末分散在lOOOmL鍍液中，然后進行鈷包覆。鍍液中各 成分濃度為六水合氯化鈷(CoCh 6H力)42 g/L;亞磷酸鈉 (NaH2P02 H20): 28 g/L;擰檬酸鈉(Na3CBH507 2H20): 50 g/L，氯 化氨(NH4C1): 70g/L。調(diào)整鍍液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(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將鍍覆 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，然后再將干燥的鍍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，使鍍鈷層晶化還原制成超細硬 質(zhì)合金復合粉末。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)的復合粉末，復 合粉末費氏平均粒度為0. 75 Pm。 實施例5:WC—6。/。(重量)Co-0. 5。/。(重量)TaC(NbC)復合粉末。 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 后，作為鍍覆的基體。預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鍍液中，然后進行鉆包覆。 鍍液中各成分濃度為七水合硫酸鈷(CoS(h 7H力)29 g/L;水合 肼(H4N2'H20): 101 g/L;酒石酸鉀鈉(KNa。HA 4&0): 110g/L)。 調(diào)整鍍液pH至9. 5，用水浴槽加熱控制溫度保持在80°C ，機械攪拌速 度為200轉(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將鍍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，然后再將干燥的鍍 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，使鍍鈷層晶化還原制成超細硬質(zhì)合金復合粉末。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)的復合粉末，復合粉末費氏平均粒度為0.9 Pm。 實施例6:WC — 6% (重量)TiC-4% (重量)TaC (NbC) -8% (重量)Cq復合粉末。 預處理費氏平均粒度為0.6陶的碳化鎢WC和0.8陶的碳化鈦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，作為鍍覆的基體。預處理 后的碳化物粉末分散在1000 mL鍍液中，然后進行鈷包覆。鍍液中各 成分濃度為六水合氯化鈷(CoCh '6&0) : 42 g/L;四氫硼鈉(NaBH,): 23.3g/L;酒石酸鉀鈉(KNaC晶Oe 4H20): 90g/L)。調(diào)整鍍液pH至 9. 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(zhuǎn)/分 鐘。包覆實驗完成后，將鍍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，然后再將干燥的鍍覆粉末放入氫氣 還原爐中，在400。C、氫氣流量為4m7hr. 、 90分鐘的條件下，使鍍 鈷層晶化還原制成超細硬質(zhì)合金復合粉末。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)的復合粉末，復合粉末費氏平均粒度為0. 75 pm。 實施例7:WC—60/"重量)Co-0. 50/"重量)TaC(NbC)復合粉末。 預處理費氏平均粒度為0.8陶的碳化鴇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，作為鍍覆的基體。預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鍍液中，然后進行鈷包覆。 鍍液中各成分濃度為七水合硫酸鈷(CoS04 7H,0) : 29 g/L; 二甲 胺硼烷(C晶。BN): 4 g/L;酒石酸鉀鈉(KNaC4H40B 4H20): 80 g/L)， 氯化氨(N^C1): 50g/L。調(diào)整鍍液pH至9. 5，用水浴槽加熱控制溫度 保持在8(TC，機械攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將鍍 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)千燥1.5 小時，然后再將干燥的鍍覆粉末放入氫氣還原爐中，在45CTC、氫氣 流量為2 m7hr. 、 50分鐘的條件下，使鍍鈷層晶化還原制成超細硬 質(zhì)合金復合粉末。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)的復合粉末，復合粉.末費氏平均 粒度為0. 9 Pm。
權(quán)利要求
1、一種超細硬質(zhì)合金復合粉末，其特征在于該硬質(zhì)合金復合粉末中的超細硬質(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，完全被鈷相超細粉末顆粒均勻包覆組成，所述超細硬質(zhì)合金復合粉末的費氏平均粒度≤1μm。
2、 制造權(quán)利要求1所述的超細硬質(zhì)合金復合粉末的方法，其制 備方法包括以下工藝步驟步驟A.超細碳化鉤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 5.5g各種碳化物粉如碳化鈦 TiC 、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC、碳化釩VC禾口/或碳化鉻Cr:,C^均勻混 合，待其活化分散后，作為鍍覆的基體；步驟B.鈷鍍層制備將預處理過的碳化鎢和各種碳化物混合粉倒 入1000 mL化學鍍鈷液中，攪拌均勻后加熱到80_95°C ，恒溫并不斷 攪拌，直到不再產(chǎn)生氣泡、反應結(jié)束，形成鍍鈷層；化學鍍鈷液中各 組分含量為金屬鈷鹽30— 50g/L、還原劑4一101g/L、絡合劑和緩沖 齊U 30— 130g/L;步驟C.后處理將鍍覆粉末與溶液分離過濾，用凈水洗滌，在 70 — 90。C的真空烘箱內(nèi)干燥1一L5小時，然后再將干燥的鍍覆粉末 放入氫氣還原爐中，在400 — 45(TC、氫氣流量為2-4 m'7min. 、 SO-SO 分鐘的條件下，使鍍鈷層低溫晶化還原制成超細硬質(zhì)合金復合粉末。
3、 如權(quán)利要求2所述的超細硬質(zhì)合金復合粉末的制備方法，其特 征在于所述步驟B中，所述金屬鈷鹽為硫酸鈷或氯化鈷。
4、 如權(quán)利要求2所述的超細硬質(zhì)合金復合粉末的制造方法，其特 征在于所述步驟B中，所述還原劑為亞磷酸鈉、二甲胺硼烷、四氫 硼鈉、水合肼中的一種或同幾種。
5、 如權(quán)利要求2所述的超細硬質(zhì)合金復合粉末的制造方法，其特 征在于所述步驟B中，所述絡合劑和緩沖劑為檸檬酸鈉、酒石酸鉀 鈉、硼酸、氯化氨中的一種或同幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超細硬質(zhì)合金復合粉末及其制備方法，本發(fā)明復合粉末中的超細硬質(zhì)相完全被鈷相超細粉末顆粒均勻包覆。本發(fā)明將超細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，以超細碳化鎢粉和其它碳化物粉硬質(zhì)相顆粒為核心，利用化學鍍鈷工藝方法在碳化鎢粉和其它碳化物粉硬質(zhì)相表面形成均勻鍍鈷層，經(jīng)過濾、洗滌、干燥、低溫晶化還原后制成超細硬質(zhì)合金復合粉末。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)量的超細硬質(zhì)合金材料。
文檔編號C22C29/06GK101161841SQ20071003583
公開日2008年4月16日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月29日
發(fā)明者沙 劉, 偉 張, 李克林 申請人:中南大學;江西天合新材料有限公司