专利名称：纳米级钨钴混合粉末的生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属粉末的制造领域，尤其是涉及一种纳米级钨钴混合粉末的生产工艺。
背景技术：
金属粉末用途广泛，具有很大的市场潜力，超细金属粉末已经可以由物理方法制得，比如机械研磨法。图1给出了现有技术中机械研磨法制得微米级钨钴混合粉末的工艺流程图。这种传统的制备工艺流程长，效率低，能耗大，杂质多，难以获得纳米级的粉末，混合粉末中碳化钨WC与抑制剂在钴Co相中难以分布均匀，且合金粉末中引入了大量的应变和缺陷，晶格畸变严重，烧结过程中WC晶粒更易长大，容易出现碳化钨WC粗大颗粒，不利与晶粒尺寸控制，合金组织易出现缺陷，往往降低了合金的强度。可见，传统工艺制备的粉末不适合用来生产超细晶粒硬质合金顶锤。
此外，也可以用化学反应的方法制得金属粉末，如专利“金属粉末的制造方法”(专利申请号99801356.0)，它使金属氯化物气体和还原性气体在还原反应温度范围内进行接触而生成金属粉末后，当使氮气等惰性气体接触该金属粉末进行冷却时，在从还原反应温度范围至至少800℃的范围内，该冷却速度在30℃/s以上。将金属粉末急冷，借此可以抑制金属粉末颗粒的凝集和成长成二次颗粒。在还原工序中生成的金属粉末的颗粒，其在还原工序后发生凝集而成长成二次颗粒被抑制，能够稳定地得到超细粉的金属粉末。但是这种工艺复杂，操作繁琐，辅助设备多，体积庞大，制作成本较高，大大限制了其推广应用，且制得的金属粉末颗粒较大(10μm)，难以满足较高要求的工业生产需要，也限制了其应用范围。
发明内容
本发明主要是解决现有工艺存在的所制金属粉末颗粒较大，杂质多，烧结后合金组织容易出现缺陷，合金强度欠高等的技术问题。
本发明还解决了现有技术所存在的制备工艺复杂，辅助设备多，能耗大，制作成本较高等的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的由以下几个连续步骤构成a.配制一定浓度的偏钨酸铵溶液，加入一定量的碳酸钴粉末，加热、搅拌，充分反应后，将所得复合盐溶液冷却、过滤；b.干燥钨钴复合盐溶液，得到钨钴复合盐粉末；c.加热钨钴复合盐粉末并通入氮气N2，使复合盐粉末分解并脱去结晶水；d.然后通入氮气N2、甲烷CH4混合气体，炭化钨钴复合盐，产品中的碳被游离二氧化碳CO2、氮气N2混合气体脱除，进而获得纳米级钨钴WC-Co混合粉末。
作为优选，采用喷雾干燥机干燥钨钴WC-Co复合盐溶液，其进口温度设置为200-240℃，出口温度设置为90-110℃。
作为优选，钨钴复合盐粉末的加热是在流化床中进行的，以氮气N2作流化介质，使复合盐的热分解、还原和炭化反应连续进行。
作为优选，流化床中的反应温度通常为350-450℃，反应时间通常为3.5-4.5小时。
作为优选，流化床中氮气N2和甲烷CH4的体积比大体为1∶1。
作为优选，在偏钨酸铵溶液加入微量稀有金属可溶性盐，反应过程中，稀有金属可溶性盐同时被炭化，得到抑制组元，在后续处理工艺中抑制金属晶粒的长大。
因此，本发明具有技术先进，工艺流程短，操作方便，辅助设备少，节省设备投资，降低制作成本，所获得的钨钴WC-Co复合粉末中，碳化钨WC晶粒均匀地分布在钴Co基固溶体中，晶粒度为20-80nm，纯度高，含碳化钨WC量为92.2％，粉末的综合性能优异等特点，能够满足较高的工业生产要求。本工艺达到了世界先进水平。
附图1是现有技术中机械研磨法制得微米级钨钴WC-Co混合粉末的工艺流程图；附图2是常规工艺生产的钨钴WC-Co复合粉末制造的硬质合金金相图片(×3000倍)；附图3是本发明生产的纳米钨钴WC-Co复合粉末制造的硬质合金金相图片(×3000倍)。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例本发明利用一种热化学转化合成新工艺，以钨和钴的水溶性盐进行分子尺度上的化学反应，对反应获得的钨钴复合盐溶液进行喷雾干燥，然后在流化床中进行热分解脱水、还原和气相炭化，制得高纯度的纳米级钨钴WC-Co混合粉末。
该热化学转化合成法连续操作步骤如下a.根据设计需要，配制一定浓度的偏钨酸铵溶液，并加入一定量的碳酸钴粉末和微量稀有金属可溶性盐，加热、搅拌，充分反应后，将所得复合盐溶液冷却、过滤；b.采用喷雾干燥机干燥钨钴复合盐溶液，其进口温度设置为220℃，出口温度设置为100℃，得到钨钴复合盐粉末；c.将钨钴复合盐粉末装入流化床，加热至400℃，钨钴复合盐粉末并通入N2，使复合盐粉末分解并脱去结晶水；d.然后通入N2、CH4混合气体，炭化钨钴复合盐，稀有金属盐同时被炭化，得到抑制组元，产品中的碳被游离CO2、N2混合气体脱除，进而获得纳米级WC-Co复合粉末。
流化床中的反应温度通常为400℃，反应时间通常为4.0小时，流化床中N2和CH4的体积比为1∶1。在偏钨酸铵溶液加入微量稀有金属可溶性盐。利用本工艺制作的纳米钨钴复合粉末中WC晶粒度可达20-80nm，与稀有金属碳化物一起均匀地分布在Co中，形成一种Co基固溶体的预合金粉末，这样就可以使其在较低的烧结温度致密化，并得到组织结构均匀，微孔隙、粗大WC晶粒及Co池等缺陷极少的超细晶粒合金，对比图2和图3，可知利用本发明生产的纳米级钨钴WC-Co混合粉末烧结成的硬质合金晶粒度更加均匀，且致密化程度较高。
粉末颗粒的显微结构可以通过调节反应温度、保温时间和混合气体的比例控制在纳米尺度范围内，且合金粉末粒度分布较窄，合金成分也可灵活调节。
权利要求
1.一种纳米级钨钴混合粉末的生产工艺，由以下几个连续步骤构成a.配制一定浓度的偏钨酸铵溶液，加入一定量的碳酸钴粉末，加热、搅拌，充分反应后，将所得复合盐溶液冷却、过滤；b.干燥钨钴复合盐溶液，得到钨钴复合盐粉末；c.加热钨钴复合盐粉末并通入N2，使复合盐粉末分解并脱去结晶水；d.然后通入N2、CH4混合气体，炭化钨钴复合盐，产品中的碳被游离CO2、N2混合气体脱除，进而获得纳米级WC-C0复合粉末。
2.根据权利要求1所述的纳米级钨钴混合粉末的生产工艺，其特征在于，采用喷雾干燥机干燥钨钴复合盐溶液，其进口温度设置为200-240℃，出口温度设置为90-110℃。
3.根据权利要求1或2所述的纳米级钨钴混合粉末的工艺，其特征在于，钨钴复合盐粉末的加热是在流化床中进行的，以N2作流化介质。
4.根据权利要求1或2所述的纳米级钨钴混合粉末的生产工艺，其特征在于，流化床中的反应温度通常为350-450℃。
5.根据权利要求3所述的纳米级钨钴混合粉末的生产工艺，其特征在于，流化床中的反应温度通常为350-450℃。
6.根据权利要求1或2所述的纳米级钨钴混合粉末的生产工艺，其特征在于，流化床中的反应时间通常为3.5-4.5小时。
7.根据权利要求3所述的纳米级钨钴混合粉末的生产工艺，其特征在于，流化床中的反应时间通常为3.5-4.5小时。
8.根据权利要求1或2所述的纳米级钨钴混合粉末的生产工艺，其特征在于，流化床中N2和CH4的体积比大体为1∶1。
9.根据权利要求1或2所述的纳米级钨钴混合粉末的生产工艺，其特征在于，在偏钨酸铵溶液加入微量稀有金属可溶性盐。
全文摘要
本发明涉及一种制取纳米级钨钴混合粉末的工艺。它主要包括以下连续步骤配制一定浓度的偏钨酸铵溶液，加入一定量的碳酸钴粉末，加热、搅拌，充分反应后，将所得复合盐溶液冷却、过滤；干燥钨钴复合盐溶液，得到钨钴复合盐粉末；加热钨钴复合盐粉末并通入N
文档编号C22C1/04GK1590573SQ0315068
公开日2005年3月9日 申请日期2003年8月25日 优先权日2003年8月25日
发明者金益民 申请人:金益民