一种超细碳化钨粉末的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于粉末冶金技术领域，特别是涉及一种超细碳化钨粉末的制备方法，通过羰基金属气相沉积工艺制备含金属钴的超细碳化钨粉末。
【背景技术】
[0002]碳化钨(WC)是一种由钨和碳组成的化合物，为黑色六方晶体，有金属光泽，为电、热的良好导体，具有非常高的硬度(硬度与金刚石相近)、良好的耐腐蚀性和抗压强度，有现代工业牙齿之称，98%以上的硬质合金中都含有WC。为了进一步提高WC硬质合金的力学性能，最佳的途径是将其晶粒度细化，合金的晶粒度越细，其缺陷越小，当晶粒小于0.Ιμπι时，几乎没有缺陷，这种硬质合金既具有高的硬度和耐磨性，又具有高的强度和韧性，目前人们正通过将将碳化钨及其复合粉末晶粒尺寸降低到纳米范围内，以提高其硬度、韧性(纳米WC硬质合金的制备、结构和力学性能【J】，谭国龙、吴希俊等，材料科学与工程，1998，16(1):8)0
[0003]通常制备碳化钨粉末是通过钨粉或氧化钨粉(通过钨酸或钨酸铵制备生产)与碳源(炭黑、石墨、二氧化碳、有机高碳气体等)在高温下反应制取，粉末粒度通常在1-10μηι。超细碳化钨粉末的制备一般则采取高能球磨(添加晶粒抑制剂)、程序升温法(TPR)、前驱体法等，该类碳化钨粉末目前的制备方法以研究为主，实现工业化生产的方法还不多见。由于超细碳化钨粉末在应用过程中常使用高温烧结工艺，导致晶粒的异常长大，使其失去超细晶的原有性能，严重制约了硬质合金材料的高性能应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种超细碳化钨粉末的制备方法，通过气相法工艺制备含金属钴的超细碳化钨粉末，其中以含八羰基二钴Co2(CO)8的六羰基钨W(CO)6为钨源，甲烷为碳源。超细碳化钨粉末广泛用于生产硬质合金、复合材料、特殊工具材料等方面。
[0005]本发明所述的一种超细碳化钨粉末的制备方法的具体工艺步骤如下:
[0006]步骤1:将100质量份六羰基钨W(CO)6和3-5质量份的八羰基二钴Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，搅拌使其完全溶解，并通过减压蒸馏蒸除乙醚得到二者的固体均匀混合物。
[0007]步骤2:加热三口瓶至50_90°C，并通入载气将气化的W(CO)6混合物载入热解炉中，同时将预热至300-450°C的甲烷气体亦通入热解炉，保持热解炉温度300-450°C，反应时间30-120min。于是得到含金属钴的超细碳化钨粉末，粉末粒度D50为50-600nm。
[0008]上述工艺步骤中的载气为氮气或氩气，流量为5-20ml/min。
[0009]上述工艺步骤中的甲烧气体流量为5-10ml/min。
[0010]作为优选，上述工艺步骤中热解炉的温度与甲烷预热的温度均保持在350_420°C。
[0011]通过以上工艺方法，制备得到的超细碳化钨粉末含金属钴1.0-6.5% (质量百分比)，碳化钨粉末粒度D50为50-600nm。
[0012]该工艺方法不仅可控制碳化钨粉末的粒度，而且由于含有一定的金属钴掺杂，可抑制超细碳化钨粉末高温烧结过程中晶粒的异常长大，保持其良好的超硬超韧性能。
【具体实施方式】
[0013]实施例1:
[0014]取1g六羰基钨W(CO)6和0.3g的八羰基二钴Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，搅拌使其完全溶解，并通过减压蒸馏蒸除乙醚得到二者的固体均匀混合物。然后加热三口瓶至90°C，以氮气为载气，保持流量15ml/min，将气化的W(CO)6混合物载入热解炉中，同时将预热至300°C、流量为5ml/min的甲烷气体通入热解炉，保持热解炉温度300°C，反应60min。得到含金属钴的超细碳化钨粉末2.2g，粉末粒度D50约为200nm，金属钴含量2.1 %。实施例2:
[0015]取1g六羰基钨W(CO)6和0.5g的八羰基二钴Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，搅拌使其完全溶解，并通过减压蒸馏蒸除乙醚得到二者的固体均匀混合物。然后加热三口瓶至50°C，以氩气为载气，保持流量5ml/min，将气化的W(CO)6混合物载入热解炉中，同时将预热至420°C、流量为10ml/min的甲烷气体通入热解炉，保持热解炉温度420°C，反应120min。得到含金属钴的超细碳化钨粉末2.4g，粉末粒度D50约为550nm，金属钴含量6.0 %。实施例3:
[0016]取1g六羰基钨W(CO)6和0.4g的八羰基二钴Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，搅拌使其完全溶解，并通过减压蒸馏蒸除乙醚得到二者的固体均匀混合物。然后加热三口瓶至70°C，以氩气为载气，保持流量1ml/min，将气化的W(CO)6混合物载入热解炉中，同时将预热至380°C、流量为10ml/min的甲烷气体通入热解炉，保持热解炉温度380°C，反应90min。得到含金属钴的超细碳化钨粉末2.5g，粉末粒度D50为80nm，金属钴含量4.2%。
【主权项】
1.一种超细碳化钨粉末的制备方法，其特征在于，工艺步骤如下: 步骤1:将100质量份六羰基钨W(CO)6和3-5质量份的八羰基二钴Co2(⑶)8在三口瓶中溶于乙醚，搅拌使其完全溶解，并通过减压蒸馏蒸除乙醚得到二者的固体均匀混合物； 步骤2:加热三口瓶至50-90°C，并通入载气将气化的W(C0)6混合物载入热解炉中，同时将预热至300-450°C的甲烷气体亦通入热解炉，保持热解炉温度300-450°C，反应时间30-120min;最终得到含金属钴1.0-6.5质量%百的超细碳化钨粉末，碳化钨粉末粒度D50为50-600nmo2.根据权利要求1所述的超细碳化钨粉末制备方法，其特征在于，载气为氮气或氩气，流量为 5_20ml/min。3.根据权利要求1所述的超细碳化钨粉末制备方法，其特征在于，甲烷气体流量为5-10ml/mino4.根据权利要求1所述的超细碳化钨粉末制备方法，其特征在于，热解炉的温度与甲烷预热的温度均保持在350-420°C。
【专利摘要】一种超细碳化钨粉末的制备方法，属于粉末冶金技术领域。工艺步骤：将100质量份六羰基钨W(CO)6和3-5质量份的八羰基二钴Co2(CO)8在三口瓶中溶于乙醚，搅拌使其完全溶解，并通过减压蒸馏蒸除乙醚得到二者的固体均匀混合物；加热三口瓶至50-90℃，并通入载气将气化的W(CO)6混合物载入热解炉中，同时将预热至300-450℃的甲烷气体亦通入热解炉，保持热解炉温度300-450℃，反应时间30-120min。最终得到含金属钴1.0-6.5％(质量百分比)的超细碳化钨粉末，粉末粒度D50为50-600nm。该工艺方法不仅可控制碳化钨粉末的粒度，而且由于有一定的金属钴掺杂，可抑制超细碳化钨在高温烧结时的异常长大，保持超细碳化钨的优异性能。
【IPC分类】B22F9/20
【公开号】CN105537606
【申请号】CN201511022251
【发明人】李 一, 张东, 柳学全, 袁凤艳, 李楠, 孟庆伟, 李发长
【申请人】钢铁研究总院, 吉林吉恩镍业股份有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月30日