一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法，通過羰基金屬氣相沉積工藝制備含金屬鈷的超細(xì)碳化鎢粉末。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化鎢(WC)是一種由鎢和碳組成的化合物，為黑色六方晶體，有金屬光澤，為電、熱的良好導(dǎo)體，具有非常高的硬度(硬度與金剛石相近)、良好的耐腐蝕性和抗壓強(qiáng)度，有現(xiàn)代工業(yè)牙齒之稱，98%以上的硬質(zhì)合金中都含有WC。為了進(jìn)一步提高WC硬質(zhì)合金的力學(xué)性能，最佳的途徑是將其晶粒度細(xì)化，合金的晶粒度越細(xì)，其缺陷越小，當(dāng)晶粒小于0.Ιμπι時(shí)，幾乎沒有缺陷，這種硬質(zhì)合金既具有高的硬度和耐磨性，又具有高的強(qiáng)度和韌性，目前人們正通過將將碳化鎢及其復(fù)合粉末晶粒尺寸降低到納米范圍內(nèi)，以提高其硬度、韌性(納米WC硬質(zhì)合金的制備、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能【J】，譚國龍、吳?？〉?，材料科學(xué)與工程，1998，16(1):8)0
[0003]通常制備碳化鎢粉末是通過鎢粉或氧化鎢粉(通過鎢酸或鎢酸銨制備生產(chǎn))與碳源(炭黑、石墨、二氧化碳、有機(jī)高碳?xì)怏w等)在高溫下反應(yīng)制取，粉末粒度通常在1-10μηι。超細(xì)碳化鎢粉末的制備一般則采取高能球磨(添加晶粒抑制劑)、程序升溫法(TPR)、前驅(qū)體法等，該類碳化鎢粉末目前的制備方法以研究為主，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的方法還不多見。由于超細(xì)碳化鎢粉末在應(yīng)用過程中常使用高溫?zé)Y(jié)工藝，導(dǎo)致晶粒的異常長大，使其失去超細(xì)晶的原有性能，嚴(yán)重制約了硬質(zhì)合金材料的高性能應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法，通過氣相法工藝制備含金屬鈷的超細(xì)碳化鎢粉末，其中以含八羰基二鈷Co2(CO)8的六羰基鎢W(CO)6為鎢源，甲烷為碳源。超細(xì)碳化鎢粉末廣泛用于生產(chǎn)硬質(zhì)合金、復(fù)合材料、特殊工具材料等方面。
[0005]本發(fā)明所述的一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法的具體工藝步驟如下:
[0006]步驟1:將100質(zhì)量份六羰基鎢W(CO)6和3-5質(zhì)量份的八羰基二鈷Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，攪拌使其完全溶解，并通過減壓蒸餾蒸除乙醚得到二者的固體均勻混合物。
[0007]步驟2:加熱三口瓶至50_90°C，并通入載氣將氣化的W(CO)6混合物載入熱解爐中，同時(shí)將預(yù)熱至300-450°C的甲烷氣體亦通入熱解爐，保持熱解爐溫度300-450°C，反應(yīng)時(shí)間30-120min。于是得到含金屬鈷的超細(xì)碳化鎢粉末，粉末粒度D50為50-600nm。
[0008]上述工藝步驟中的載氣為氮?dú)饣驓鍤?，流量?-20ml/min。
[0009]上述工藝步驟中的甲燒氣體流量為5-10ml/min。
[0010]作為優(yōu)選，上述工藝步驟中熱解爐的溫度與甲烷預(yù)熱的溫度均保持在350_420°C。
[0011]通過以上工藝方法，制備得到的超細(xì)碳化鎢粉末含金屬鈷1.0-6.5% (質(zhì)量百分比)，碳化鎢粉末粒度D50為50-600nm。
[0012]該工藝方法不僅可控制碳化鎢粉末的粒度，而且由于含有一定的金屬鈷摻雜，可抑制超細(xì)碳化鎢粉末高溫?zé)Y(jié)過程中晶粒的異常長大，保持其良好的超硬超韌性能。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1:
[0014]取1g六羰基鎢W(CO)6和0.3g的八羰基二鈷Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，攪拌使其完全溶解，并通過減壓蒸餾蒸除乙醚得到二者的固體均勻混合物。然后加熱三口瓶至90°C，以氮?dú)鉃檩d氣，保持流量15ml/min，將氣化的W(CO)6混合物載入熱解爐中，同時(shí)將預(yù)熱至300°C、流量為5ml/min的甲烷氣體通入熱解爐，保持熱解爐溫度300°C，反應(yīng)60min。得到含金屬鈷的超細(xì)碳化鎢粉末2.2g，粉末粒度D50約為200nm，金屬鈷含量2.1 %。實(shí)施例2:
[0015]取1g六羰基鎢W(CO)6和0.5g的八羰基二鈷Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，攪拌使其完全溶解，并通過減壓蒸餾蒸除乙醚得到二者的固體均勻混合物。然后加熱三口瓶至50°C，以氬氣為載氣，保持流量5ml/min，將氣化的W(CO)6混合物載入熱解爐中，同時(shí)將預(yù)熱至420°C、流量為10ml/min的甲烷氣體通入熱解爐，保持熱解爐溫度420°C，反應(yīng)120min。得到含金屬鈷的超細(xì)碳化鎢粉末2.4g，粉末粒度D50約為550nm，金屬鈷含量6.0 %。實(shí)施例3:
[0016]取1g六羰基鎢W(CO)6和0.4g的八羰基二鈷Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，攪拌使其完全溶解，并通過減壓蒸餾蒸除乙醚得到二者的固體均勻混合物。然后加熱三口瓶至70°C，以氬氣為載氣，保持流量1ml/min，將氣化的W(CO)6混合物載入熱解爐中，同時(shí)將預(yù)熱至380°C、流量為10ml/min的甲烷氣體通入熱解爐，保持熱解爐溫度380°C，反應(yīng)90min。得到含金屬鈷的超細(xì)碳化鎢粉末2.5g，粉末粒度D50為80nm，金屬鈷含量4.2%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法，其特征在于，工藝步驟如下: 步驟1:將100質(zhì)量份六羰基鎢W(CO)6和3-5質(zhì)量份的八羰基二鈷Co2(⑶)8在三口瓶中溶于乙醚，攪拌使其完全溶解，并通過減壓蒸餾蒸除乙醚得到二者的固體均勻混合物； 步驟2:加熱三口瓶至50-90°C，并通入載氣將氣化的W(C0)6混合物載入熱解爐中，同時(shí)將預(yù)熱至300-450°C的甲烷氣體亦通入熱解爐，保持熱解爐溫度300-450°C，反應(yīng)時(shí)間30-120min;最終得到含金屬鈷1.0-6.5質(zhì)量%百的超細(xì)碳化鎢粉末，碳化鎢粉末粒度D50為50-600nmo2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)碳化鎢粉末制備方法，其特征在于，載氣為氮?dú)饣驓鍤?，流量?5_20ml/min。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)碳化鎢粉末制備方法，其特征在于，甲烷氣體流量為5-10ml/mino4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)碳化鎢粉末制備方法，其特征在于，熱解爐的溫度與甲烷預(yù)熱的溫度均保持在350-420°C。
【專利摘要】一種超細(xì)碳化鎢粉末的制備方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。工藝步驟：將100質(zhì)量份六羰基鎢W(CO)6和3-5質(zhì)量份的八羰基二鈷Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，攪拌使其完全溶解，并通過減壓蒸餾蒸除乙醚得到二者的固體均勻混合物；加熱三口瓶至50-90℃，并通入載氣將氣化的W(CO)6混合物載入熱解爐中，同時(shí)將預(yù)熱至300-450℃的甲烷氣體亦通入熱解爐，保持熱解爐溫度300-450℃，反應(yīng)時(shí)間30-120min。最終得到含金屬鈷1.0-6.5％(質(zhì)量百分比)的超細(xì)碳化鎢粉末，粉末粒度D50為50-600nm。該工藝方法不僅可控制碳化鎢粉末的粒度，而且由于有一定的金屬鈷摻雜，可抑制超細(xì)碳化鎢在高溫?zé)Y(jié)時(shí)的異常長大，保持超細(xì)碳化鎢的優(yōu)異性能。
【IPC分類】B22F9/20
【公開號】CN105537606
【申請?zhí)枴緾N201511022251
【發(fā)明人】李 一, 張東, 柳學(xué)全, 袁鳳艷, 李楠, 孟慶偉, 李發(fā)長
【申請人】鋼鐵研究總院, 吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月30日