专利名称：一种超细钴合金粉末及其制备方法
技术领域：
本发明涉及金属合金领域，尤其涉及一种超细钴合金粉末及其制备方法。
背景技术：
金属钴及其合金粉末是制备磁性材料、陶瓷材料、硬质合金、金刚石工具等材料的 主要原料之一。在我国，普遍应用的钴粉主要为采用羰基法、电解法、还原法或雾化法制备 的常规钴粉，费氏粒度波动于1 10 μ m，雾化法制得的钴粉费氏粒度甚至高达30 μ m左右。 这类常规钴粉往往因其粒度较大而不适用于制备高能电池、高强度硬质合金等高、精、尖的产品。公开号为CN101100001A的中国专利申请文件公开了一种超细钴粉及其制造工 艺，该超细钴粉采用碳酸钴或草酸钴为原料，在氩气保护环境下经真空球磨以及在氢气气 氛中还原制得。但这种方法需要将球磨罐抽真空，且需要通入氩气保护，因此生产成本较高。同时，我国是钴资源稀缺的国家，如何利用少量的钴制备性能更加优良的产品显 得十分重要和紧迫。目前，本领域中为节约钴的使用，通常采取以镍代替部分钴的方法制备简单的钴 镍混合粉末。但该简单的钴镍混合粉末存在粒度较粗，不含弥散强化相，且固溶强化效果不 佳等缺点，带来材料性能下降等问题，致使其应用领域受到极大限制。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种超细钴合金粉末及其制备方法。该超细钴合 金粉末以镍代替了部分钴，节约了大量的钴资源，且具有良好的固溶强化和弥散强化效果， 以及耐磨性和硬度，强度和断裂韧性良好。其制备方法工艺简单，成本低廉，适合于常规生产。本发明一方面提供了一种超细钴合金粉末的制备方法，包括以下步骤(1)搅拌球磨取含有碳酸钴或草酸钴，碳酸镍或草酸镍，碳酸亚铁或草酸亚铁， 以及Al2O3的原料，按重量分数计为Co-20wt% Ni-20wt% Fe-Iwt % Al2O3配比混合，加入分 散剂油酸，放入搅拌球磨机进行搅拌球磨，经过一段时间后，制得混合粉末；(2)粉末还原将步骤(1)中所述的混合粉末置于氢气还原炉中还原，制得超细钴 合金粉末。步骤(1)中，“含有碳酸钴或草酸钴，碳酸镍或草酸镍，碳酸亚铁或草酸亚铁，以及 Al2O3的原料”是原料中含有碳酸钴或草酸钴，碳酸镍或草酸镍，碳酸亚铁或草酸亚铁，以及 Al2O30原料中也可以加入其它添加剂，但需要保持按重量分数计为Co-20wt% Ni-20wt% Fe-Iwt% Al2O3的配比，即在超细钴合金粉末中含有的镍元素所占重量分数为20%，铁元素 所占重量分数为20%，三氧化二铝所占重量分数为1%，钴元素的含量为除了其它元素之 外的余量。
原料经搅拌球磨，最终形成混合粉末超细碳酸钴粉末或超细草酸钴粉末、超细碳 酸镍粉末或超细草酸镍粉末、超细碳酸亚铁粉末或超细草酸亚铁粉末，以及三氧化二铝。优选地，搅拌球磨过程为在搅拌速度为250 350rpm的条件下搅拌球磨30h。步骤(2)中，为减少能耗、提高效率，优选地，还原温度为450 480°C，氢气流量为 4m7min，还原时间为90min。优选地，制得的超细钴合金粉末氧含量≤0. 5%，费氏粒度≤0. 8μπι。本发明提供的制备方法工艺简单，成本低廉，适合于常规生产。本发明另一方面提供了一种超细钴合金粉末，含有钴元素、镍元素、铁元素以及三 氧化二铝，按重量分数计配比为Co-20wt% Ni-20wt% Fe-Iwt % A1203。本发明所述的“超细钴合金粉末”是指以钴元素为基体金属，添加有镍元素、铁元 素以及三氧化二铝的合成物质。为了节约钴元素，本发明超细钴合金粉末中添加有镍元素。镍元素的加入还可以 提高钴合金的高温硬度和耐磨性。三氧化二铝的加入是起到弥散强化的作用，即可以对合金受外力作用变形时粘结 相中的错位运动起钉扎作用，以及阻碍微裂纹的传播。这些作用有利于提高合金的强度和 硬度。三氧化二铝与基体金属钴元素不互相作用。优选地，三氧化二铝的费氏平均粒度 < 1 μ m。本发明超细钴合金粉末是通过将原料经搅拌球磨后再通过氢气还原制得。优选 地，超细钴合金粉末的氧含量< 0. 5%，费氏粒度< 0. 8 μ m。所得的超细钴合金粉末中，钴元素可以来自于碳酸钴或草酸钴，镍元素可以来自 于碳酸镍或草酸镍，铁元素可以来自于碳酸亚铁或草酸亚铁。本发明提供的超细钴合金粉末，具有以下有益效果(1)以镍元素代替部分钴元素，可大量节约钴资源，该超细钴合金粉末用于制备性 能优异的磁性材料、陶瓷材料、硬质合金和金刚石工具等产品。(2)本发明超细钴合金粉末中各元素混合更加均勻，而且超细钴合金粉末相组成 同时含有固溶强化和弥散强化相，降低了传统含钴粉末材料烧结后易产生的钴池和合金晶 粒聚集长大的趋势。(3)本发明超细钴合金粉末耐磨性和硬度，强度和断裂韧性良好。
具体实施例方式以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为 本发明的保护范围。实施例一一种超细钴合金粉末的制备方法，包括以下步骤(1)搅拌球磨取费氏平均粒度< 3μπι的草酸钴200g、草酸镍68g、草酸亚铁70g， 与费氏平均粒度为< IymW Al2O3粉末1. 08g,与0. 3wt %油酸，放入搅拌球磨机，以搅拌速 度为250rpm经过30小时搅拌球磨，制得混合粉末。(2)粉末还原将搅拌球磨后的混合粉末放入氢气还原炉中，在还原温度为480°C、氢气流量为4m7min.、还原时间为90分钟的条件下，使混合粉末还原，制得超细钴合 金粉末(Co-20wt% Ni-20wt% Fe-Iwt % Al2O3)，该超细钴合金粉末氧含量为0. 4%，费氏粒 度为 0. 8μπι。实施例二一种超细钴合金粉末的制备方法，包括以下步骤(1)搅拌球磨取费氏平均粒度为< 3μπι的碳酸钴200g、碳酸镍67g、碳酸亚铁 69g，与费氏平均粒度为彡1 μ m的Al2O3粉末1. 66g，与0. 3wt%油酸，放入搅拌球磨机，以搅 拌速度为350rpm经过30小时搅拌球磨，制得混合粉末。(2)粉末还原将搅拌球磨后的混合粉末放入氢气还原炉中，在还原温度为 450°C、氢气流量为4m7min.、还原时间为90分钟的条件下，使混合粉末还原，制得超细钴合 金粉末(Co-20wt% Ni-20wt% Fe-Iwt% Al2O3)，该超细钴合金粉末氧含量为0. 5%，费氏粒 度为 0. 6μπι。以上实施例提供的超细钴合金粉末，具有以下有益效果(1)以镍元素代替部分钴元素，可大量节约钴资源，该超细钴合金粉末用于制备性 能优异的磁性材料、陶瓷材料、硬质合金和金刚石工具等产品。(2)超细钴合金粉末中各元素混合更加均勻，而且超细钴合金粉末相组成同时含 有固溶强化和弥散强化相，降低了传统含钴粉末材料烧结后易产生的钴池和合金晶粒聚集 长大的趋势。(3)超细钴合金粉末耐磨性和硬度，强度和断裂韧性良好。
权利要求
1. 一种超细钴合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)搅拌球磨取含有碳酸钴或草酸钴，碳酸镍或草酸镍，碳酸亚铁或草酸亚铁，以及 Al2O3的原料，按重量分数计为Co-20wt% Ni-20wt% Fe-Iwt % Al2O3配比混合，加入分散剂 油酸，放入搅拌球磨机进行搅拌球磨，经过一段时间后，制得混合粉末；(2)粉末还原将步骤(1)中所述的混合粉末置于氢气还原炉中还原，制得超细钴合金 粉末。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌球磨为在搅拌速度为250 350rpm的条件下搅拌球磨30h。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原温度为450 480°C，氢气流量为 4m7min，还原时间为90min。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制得的超细钴合金粉末氧含量 ≤0. 5%，费氏粒度≤0. 8 μ m。
5. 一种超细钴合金粉末，其特征在于，含有钴元素、镍元素、铁元素以及三氧化二铝，按 重量分数计配比为 Co-20wt% Ni-20wt% Fe-Iwt% Al2O30
6.如权利要求5所述的超细钴合金粉末，其特征在于，所述超细钴合金粉末氧含量 ≤0. 5%，费氏粒度≤0. 8 μ m。
全文摘要
本发明提供了一种超细钴合金粉末及其制备方法。制备方法包括以下步骤(1)搅拌球磨取含有碳酸钴或草酸钴，碳酸镍或草酸镍，碳酸亚铁或草酸亚铁，以及Al2O3的原料，按重量分数计为Co-20wt％Ni-20wt％Fe-1wt％Al2O3配比混合，加入分散剂油酸，放入搅拌球磨机进行搅拌球磨，经过一段时间后，制得混合粉末；(2)粉末还原将步骤(1)中所述的混合粉末置于氢气还原炉中还原，制得超细钴合金粉末。本发明超细钴合金粉末以镍元素代替部分钴元素，可大量节约钴资源；含有固溶强化和弥散强化相，降低了传统含钴粉末材料烧结后易产生的钴池和合金晶粒聚集长大的趋势；以及具有良好的耐磨性、硬度、强度和断裂韧性。
文档编号B22F9/22GK102000830SQ20101054970
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者刘沙, 许开华 申请人:深圳市格林美高新技术股份有限公司