一种前驱体法合成WC基纳米复合粉末的方法技术

一种前驱体法合成WC基纳米复合粉末的方法，其特征包括以下步骤：步骤1：将质量百分比为32.0%~45.0%的水溶性钨酸盐、10.0%~15.0%的水溶性钴盐、0.3%~0.5%水溶性钒/铬混合盐及40.0%~56.0%水溶性有机碳溶于去离子水中。步骤2：将步骤1中的溶液用玻璃棒搅拌均匀，经加热、干燥后，得到含有钨源、钴源、铬源、钒源及碳源的前驱体复合粉末。步骤3：将步骤2得到的前驱体复合粉末置于高温反应炉中，在真空或氩气气氛保护条件下进行烧结，最终制备出具有纳米尺寸的WC基复合粉末。本发明专利技术可以大幅度降低制备成本、缩短制备周期，具有工艺简单、产物均匀等特点，适合工业化生产。

Method for synthesizing WC based nano composite powder by precursor method

A method for synthesizing WC-based nanocomposite powders by precursor method is characterized by the following steps: step 1: water-soluble tungstates with mass percentages of 32.0% ~ 45.0%, water-soluble cobalt salts of 10.0% ~ 15.0%, water-soluble vanadium/chromium mixed salts of 0.3% ~ 0.5% and water-soluble organic carbon of 40.0% ~ 56.0% are dissolved in deionized water. Step 2: The solution in step 1 is stirred evenly with a glass rod. After heating and drying, the precursor composite powder containing tungsten, cobalt, chromium, vanadium and carbon sources is obtained. Step 3: The precursor composite powders obtained in step 2 were sintered in a high temperature reactor under vacuum or argon atmosphere, and nano-sized WC-based composite powders were finally prepared. The invention can greatly reduce the preparation cost, shorten the preparation period, has the characteristics of simple process and uniform product, and is suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种前驱体法合成WC基纳米复合粉末的方法
本专利技术涉及一种前驱体法合成WC基纳米复合粉末的方法，属于纳米金属陶瓷复合粉体制备

技术介绍
WC-Co复合粉末及其合金是现代工业、国防及新技术应用极为重要的功能材料和工具，广泛应用于航空航天、船舶、汽车、电气、电子、化工等诸多领域。实验表明硬质合金晶粒越细综合性能越好，当晶粒度小于0.5μm时，硬度和强度都大幅度提高，可见纳米WC-Co复合粉末是制取高性能超细硬质合金的关键。另外，表面喷涂硬面材料也对喷涂复合粉末提出了更高标准，不仅要求粉末粒度细小均匀，而且对粉末形状、流动性、硬度等的要求也越来越苛刻。研究发现，在钴相含量不变的情况下，当WC晶粒降到1μm以下时，硬质合金的硬度和强度则同时提高，而且这一提高的幅度随着晶粒度进一步减小而更加明显。这种兼有高硬度和高强度的硬质合金在切削加工中显示出极其优异的使用性能，从而打破了硬质合金硬度的提高必然导致强度降低的传统概念。近年来，超细/纳米WC-Co复合粉末的制备及粒度控制技术的研发，已成为世界钨粉末冶金领域的热点之一。从国内外的研究成果来看，复合粉末的制备方法主要有机械合金化、氧化-还原法、溶胶-凝胶法、共沉淀法和喷雾转化法（SCP）等。机械合金化就是将欲合金化的元素粉末按一定配比机械混合，在高能球磨机等设备中长时间运转，将回转机械能传递给粉末，同时粉末在球磨介质的反复冲撞下，承受冲击、剪切、摩擦和压缩多种力的作用，经历反复挤压、冷焊及粉碎过程，成为弥散分布的超细粒子，在固态下实现合金化。如浙江大学的吴希俊等人将WO3+Mg+C混合粉置于球磨罐内，在N2气氛中高能球磨制备出平均晶粒尺寸为6nm的W2C粉体；上海大学马学鸣课题组利用机械合金化技术直接由W、C、Co粉制备出晶粒尺寸为11.3nm的WC-Co粉末，但该方法难于规模化、稳定的制备超细或纳米WC-Co粉体材料。喷雾转化法是将可溶性钨盐和钴盐加水溶解形成复合溶液，经喷雾干燥制备出化学成分均匀的前驱体粉末，然后在高温流态化床中经还原碳化处理得到纳米级WC-Co复合粉末。如武汉理工大学吴伯麟采用钨钴液相复合-喷雾干燥-流态化连续还原碳化技术，将偏钨酸铵和水合硝酸钴以分子级水平混合，经喷雾干燥制备出CoWO4/WO3复合氧化物前驱粉，然后置于流态化反应炉中，在H2/CH4/CO2/N2气氛经连续的还原、碳化、调碳过程，得到纳米晶复合粉末。但这种工艺路线复杂，颗粒团聚明显。碳热还原法是以钨或钨化合物为原料，碳黑为还原剂和碳化原料，使还原和碳化两个过程连续进行。这是目前广泛采用制备WC和WC-Co复合粉末的方法。如北京工业大学付军等人以钨钴氧化物和碳黑为原料，采用真空原位还原碳化反应法制备出平均粒径约330nm的WC-Co复合粉末，以此复合粉末为原料，通过添加VC和Cr3C2晶粒长大抑制剂并改变其配比，随后经过低压烧结制备WC-Co硬质合金，结果发现当复合抑制剂的量0.2%VC+0.4%Cr3C2时，获得强度值为3490MPa的硬质合金。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型WC基纳米复合粉末的合成方法，以便更好的满足WC基复合粉末在超细/纳米硬质合金制造与材料表面强化喷涂等领域的应用。本专利技术采用的是前驱体法，该方法所需设备简单，反应原料价格低廉，生产过程简便、周期短、能耗低，能大幅度降低生产成本，保证合成的WC基复合粉末在粒度、分散性、颗粒形状等方面满足工业需求。本专利技术涉及一种前驱体法合成WC基纳米复合粉末的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：步骤1：将质量百分比为32.0%~45.0%的水溶性钨酸盐、10.0%~15.0%的水溶性钴盐、0.3%~0.5%水溶性钒/铬混合盐及40.0%~56.0%水溶性有机碳溶于去离子水中；步骤2：将步骤1中的溶液用玻璃棒搅拌均匀，于干燥箱中加热、干燥（200℃，2h）后，得到含有钨源、钴源、铬源、钒源及碳源的前驱体复合粉末；步骤3：将步骤2得到的前驱体复合粉末置于高温反应炉中，在真空或氩气气氛保护条件下进行烧结，通过改变反应温度（900~1200℃）及保温时间（1~2.5h），制备出具有纳米尺寸的WC基复合粉末。所述水溶性钨酸盐为仲钨酸铵或偏钨酸铵中的任意一种。所述水溶性钴盐为硝酸钴。所述水溶性钒/铬混合盐为偏钒酸铵和重铬酸铵的混合物。所述水溶性有机碳源为葡萄糖、蔗糖、淀粉中的任意一种。所述高温反应炉为管式炉或微波炉中的任意一种。所述WC基复合粉末为碳化钨-碳化钒-碳化铬-钴复合粉末。本专利技术相比现有制备WC基纳米复合粉末的方法，具有以下有益效果：（1）降低了制备成本：以水溶性的钨盐、钴盐、铬盐、钒盐和有机碳作为原料，与采用氧化物、高纯气体为原料及还原剂相比，降低了能耗和生产成本。（2）降低了反应温度、缩短了反应时间：以水溶性的钨盐、钴盐、铬盐、钒盐和有机碳作为原料，制备前驱体溶液。这样可以保证碳与钨、钒、铬和钴氧化物实现原子级别的均匀混合，缩短了碳化过程中原子的扩散行程，大大降低了反应温度、缩短了反应时间。（3）工艺简单：配制前驱体混合溶液经干燥后，即可进行碳热还原，而且一次完成，简化了生成工艺，操作方便，适合工业化生产。（4）产物均匀、纯度高：采用前驱体碳化法，有利于反应物之间的充分反应，易获得组成均匀的纳米尺寸的WC基复合粉末，反应过程中没有引入其他杂质，纯度高。具体实施方式实施例1：将质量百分比为32.0%的仲钨酸铵、11.7%的硝酸钴、56.0%的葡糖糖及水溶性钒/铬混合盐（0.1%的偏钒酸铵和0.2%的重铬酸铵）溶于去离子水中，配制成混合溶液。将混合溶液用玻璃棒搅拌均匀，于干燥箱中加热、干燥（200℃，2h）后，得到含有钨源、钴源、铬源、钒源及碳源的前驱体复合粉末。最后，将前驱体复合粉末在氩气气氛保护条件下进行微波烧结，在不同反应温度（900~1200℃）及保温时间（1~2.5h）下，制得平均粒径小于100nm、粒度分布均匀的WC基复合粉末。实施例2：将质量百分比为35.0%的偏钨酸铵、12.5%的硝酸钴、52.0%的蔗糖及水溶性钒/铬混合盐（0.2%的偏钒酸铵和0.3%的重铬酸铵）溶于去离子水中，配制成混合溶液。将混合溶液用玻璃棒搅拌均匀，于干燥箱中加热、干燥（200℃，2h）后，得到含有钨源、钴源、铬源、钒源及碳源的前驱体复合粉末。最后，将前驱体复合粉末在真空条件下进行微波烧结，在不同反应温度（900~1200℃）及保温时间（1~2.5h）下，制得平均粒径小于100nm、粒度分布均匀的WC基复合粉末。实施例3：将质量百分比为45.0%的仲钨酸铵、10.0%的硝酸钴、44.6%的淀粉及水溶性钒/铬混合盐（0.2%的偏钒酸铵和0.2%的重铬酸铵）溶于去离子水中，配制成混合溶液。将混合溶液用玻璃棒搅拌均匀，于干燥箱中加热、干燥（200℃，2h）后，得到含有钨源、钴源、铬源、钒源及碳源的前驱体复合粉末。最后，将前驱体复合粉末置于管式炉中，在氩气气氛保护条件下进行烧结，在不同反应温度（900~1200℃）及保温时间（1~2.5h）下，制得平均粒径小于200nm、粒度分布均匀的WC基复合粉末。实施例4：将质量百分比为40.0%的偏钨酸铵、15.0%的硝酸钴、44.5%的葡萄糖及水溶性钒/铬混合盐（0.3%本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种前驱体法合成WC基纳米复合粉末的方法，其特征在于：所述合成方法包括以下步骤：步骤1：将质量百分比为32.0%~45.0%的水溶性钨酸盐、10.0%~15.0%的水溶性钴盐、0.3%~0.5%水溶性钒/铬混合盐及40.0%~56.0%水溶性有机碳溶于去离子水中；步骤2：将步骤1中的溶液用玻璃棒搅拌均匀，于干燥箱中加热、干燥（200℃，2h）后，得到含有钨源、钴源、铬源、钒源及碳源的前驱体复合粉末；步骤3：将步骤2得到的前驱体复合粉末置于高温反应炉中，在真空或氩气气氛保护条件下进行烧结，通过改变反应温度（900~1200℃）及保温时间（1~2.5h），制备出具有纳米尺寸的WC基复合粉末。

【技术特征摘要】
1.一种前驱体法合成WC基纳米复合粉末的方法，其特征在于：所述合成方法包括以下步骤：步骤1：将质量百分比为32.0%~45.0%的水溶性钨酸盐、10.0%~15.0%的水溶性钴盐、0.3%~0.5%水溶性钒/铬混合盐及40.0%~56.0%水溶性有机碳溶于去离子水中；步骤2：将步骤1中的溶液用玻璃棒搅拌均匀，于干燥箱中加热、干燥（200℃，2h）后，得到含有钨源、钴源、铬源、钒源及碳源的前驱体复合粉末；步骤3：将步骤2得到的前驱体复合粉末置于高温反应炉中，在真空或氩气气氛保护条件下进行烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志伟，郑娟，陈利霞，王顺，赵小苗，毛淑芳，郑红娟，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41