一种球形多孔纳米钴粉及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种球形纳米钴粉及其制备方法，尤其是涉及一种球形多孔的纳米钴 粉及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 钴粉是用于超硬合金材料（如硬质合金和人造金刚石工具）的关键原料之一，其 性能决定了超硬合金材料的粘结性能、强度和韧性，对超硬合金材料的使用性能至关重要。 超细硬质合金具有优异的性能，是硬质合金发展的重要方向。生产超细合金必须添加球形 纳米钴粉。因此，高质量的球形纳米钴粉是生产超细硬质合金的重要原料之一。
[0003] 钴粉形貌为球形或近球形，可以减少硬质合金湿磨时间，降低能耗；而球形纳米钴 粉具有较高的空隙度和相对滑动摩擦因数，优越的扩展和延展性，与其他物质混合时，表现 出良好的可混性，避免合金中钴池的出现，有利于提高硬质合金的综合性能；开发粒度分布 均匀的球形超细钴粉，对制备高、精、尖的硬质合金产品，提高我国硬质合金生产工业水平 意义重大。
[0004] 中国专利申请"一种球形多孔空心纳米钴粉体的化学制备方法"（申请号 201510012678. 6)中提到，用水合肼、硼氢化钾为还原剂，在特定溶剂中将金属钴、铁离子还 原为金属钴、铁原子，金属原子再聚集、长大最终获得钴铁纳米合金颗粒；再将制备好的球 形钴铁纳米合金颗粒在酸溶液或一定浓度的酸雾中脱合金化，脱合金化去除掉铁元素，制 备出多孔空心的纳米球形钴粉颗粒。该湿发工艺产生大量的废水，废水处理增加了生产成 本，水合肼、硼氢化钾对环境中水生物影响很大，不利于持续发展。
[0005] 根据《Nanoscle》2014. 6. 2447报道，通过化学脱合金的方法制备出空壳结构的 纳米C〇+C〇0的纳米粒子，其方法是：在氩气保护下在电弧熔炼室将Co和A1均匀混合成 Co- 31. 4wt%A1铸块，通过一定的试验方法获得纳米级的Co-Al合金，再通过化学脱合金 的方法将A1从Co-Al合金中稀出，得到多孔空心的Co纳米粒子，并且Co纳米粒子上分布 着纳米级别的空洞。之后将获得的多孔空心的Co纳米粒子经过钝化处理，使多孔空心的Co 纳米粒子表面氧化得到C〇+C〇0"孔壳结构"。此方法要求设备造价较高，并且制备出的纳米 颗粒尺寸分布不均匀。
[0006] 综上所述，现有的生产多孔球形纳米钴粉的方法，均采用化学脱合金法制备出空 壳结构的纳米球形钴粉，原材料获得复杂、对生产条件的要求较高、生产成本较高等缺点。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种球形多孔纳米钴粉，不仅外形整体呈现球形或近球 形，而且在球体外表和内部有许多孔洞，并非仅仅在空壳上存在孔洞，同时提供该球形多孔 纳米钴粉的制备方法。
[0008] 本发明的球形多孔纳米钴粉，单个纳米钴粉外形整体呈现球形或类球形，且球体 或类球体的外表和内部有许多空洞。
[0009] 进一步的，所述球形多孔纳米钴粉马尔文粒度分布曲线为单峰，其中lum~5um占 90%以上。
[0010] 本发明的球形多孔纳米钴粉的制备方法，依次包括以下步骤：
[0011] (1)以草酸钴或碳酸钴为原料，采用热裂解得到氧化钴；或者直接采用氧化钴为 原料；
[0012] (2)采用氢气还原氧化钴得到球形纳米钴粉；
[0013] (3)在球形纳米钴粉中添加可挥发性成型剂和混合介质，球磨混合均匀；
[0014] (4)喷雾干燥制粒；
[0015] (5)真空干燥脱去成型剂，即制成所述单个纳米钴粉外形整体呈现球形或类球形、 且球体或类球体的外表和内部有许多空洞的球形多孔纳米钴粉。
[0016] 作为改进，在所述步骤（2)和步骤（3)之间、步骤（4)和步骤（5)之间均设置过筛 工序。
[0017] 所述步骤（3)中的成型剂为PEG或石蜡，混合介质为无水酒精，球磨混合时间为 1~1. 5小时。
[0018] 所述步骤（1)中热裂解温度为270°C~350°C，时间为1~2小时。
[0019] 所述氢气还原氧化钴的还原温度为300°C~450°C的、氢气还原流量10m3/h氢 气~20m3/h，还原时间1. 5~3. 5小时。
[0020]所述真空干燥温度为350°C~400°C，时间3~5小时。
[0021] 本发明的多孔球形纳米钴粉，因为单个纳米钴粉外形整体呈现球形或类球形，且 球体或类球体的外表和内部有许多空洞，不仅在制备硬质合金时提高了硬质合金的抗弯强 度和硬度，使钨和钴分散更加均匀，减少了钴池，同时可以减少球磨时间，提高生产效率，降 低生产成本。
[0022] 与现有技术相比，本制备方法工艺过程简单，容易控制，制造成本低廉，对环境影 响小。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明球形多孔纳米钴粉的典型电镜照片图。
[0024] 图2是本发明球形多孔纳米钴粉的制备方法的工艺流程图。
[0025] 图3、图4、图5、图6分别是本发明实施例1-4制备的球形多孔纳米钴粉的马尔文 激光粒度分析曲线。
【具体实施方式】
[0026] 为让本发明的上述和其它特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详 细说明如下。
[0027] 实施例1
[0028] 采用碳酸钴粉末为原料，在舟皿内加lKg该原料粉末，在270~280°C下热裂解1 小时，得到氧化钴；接着将〇. 8Kg氧化钴其置于还原舟皿内，在还原炉内、流量为20m3/h的 氢气气氛下、在300~310°C还原3. 5小时，制备出平均粒度为0. 5~0. 55um的球形纳米钴 粉。然后再加入为上述球形纳米钴粉重量4%的PEG作为成型剂、体积与球形纳米钴粉同等 的无水酒精作为混合介质，一起球磨混合1小时；将上述混合均匀的混合物喷雾干燥制粒 后，在炉温为350~360Γ的真空炉内干燥5小时脱除成型剂，得到球形多孔纳米钴粉，其典 型电镜照片如图2所示。
[0029] 当然，为最终的球形多孔纳米钴粉粒度更均匀，在球磨混合前，将还原得到的球形 纳米钴粉进行过筛，还可将真空干燥后的球形多孔纳米钴粉过筛。球形多孔纳米钴粉的马 尔文激光粒度分析曲线见图3,显示为单峰，其中lum~10. 027um占90%以上，球形多孔纳 米钴粉粒度均匀且分布区间窄。