一种高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法技术

本发明专利技术公开了一种高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，包括：一、分别称取微米级钴粉和微米级VC粉体，并将所述钴粉和VC粉体加入机械球磨机中，进行机械混合，得到混合粉体；其中，所述混合粉体中VC粉体的质量分数为40％～80％，其余为钴粉；二、在真空反应室中充入惰性气体，使所述真空反应室内的气压值处于0.01～0.03MPa；三、运行高频感应等离子体装置，在惰性气体的协同下将所述混合粉体送入等离子区后，冷却，得到外包金属钴的VC陶瓷颗粒；四、筛选粒径为600nm以下的外包金属钴的VC陶瓷颗粒，得到所述纳米VC和钴复合粉体。本发明专利技术提供的高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，能够解决陶瓷颗粒与金属基体界面结合不佳的问题，而且能够避免纳米颗粒团聚。而且能够避免纳米颗粒团聚。而且能够避免纳米颗粒团聚。

【技术实现步骤摘要】
一种高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法


[0001]本专利技术属于纳米颗粒粉体制备
，特别涉及一种高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法。

技术介绍

[0002]随着工业化的快速崛起，将高强度的陶瓷颗粒和强韧性的金属结合是材料研究的热点问题。研究表明，金属基体中陶瓷颗粒只有少部分发挥作用，大部分由于纳米颗粒团聚无法高效发挥强化作用。其次在材料变形过程中，纳米陶瓷颗粒与金属基体间的界面结合也是影响最终力学性能的一个主要原因。所以如何提高纳米颗粒的有效强化效果，将从提高陶瓷颗粒在熔体中分散性以及与金属基体界面结合方向出发，这项工作对于纳米颗粒强化金属基体具有一定的指导意义以及可操实用性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，其能够大批量生产钴包覆的VC陶瓷颗粒，利用金属钴全包覆VC颗粒赋予陶瓷颗粒新的金属过渡层，金属过渡层的存在能够促进界面结合，解决陶瓷颗粒与金属基体界面结合不佳的问题，而且能够避免纳米颗粒团聚。
[0004]本专利技术提供的技术方案为：
[0005]一种高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、分别称取微米级钴粉和微米级VC粉体，并将所述钴粉和VC粉体加入机械球磨机中，进行机械混合，得到混合粉体；
[0007]其中，所述混合粉体中VC粉体的质量分数为40％～80％，其余为钴粉；
[0008]步骤二、在真空反应室中充入惰性气体，使所述真空反应室内的气压值处于0.01～0.03MPa；
[0009]步骤三、运行高频感应等离子体装置，在惰性气体的协同下将所述混合粉体送入等离子区后，冷却，得到外包金属钴的VC陶瓷颗粒；
[0010]步骤四、筛选粒径为600nm以下的外包金属钴的VC陶瓷颗粒，得到所述纳米VC和钴复合粉体。
[0011]优选的是，在所述步骤一中，VC粉体粒径为为20～100微米；钴粉的粒径为20～200微米。
[0012]优选的是，在所述步骤一中，球磨机的球磨罐中放置多个尺寸不同的ZrO2球；所述ZrO2球的尺寸包括3mm、5mm、15mm和25mm。
[0013]优选的是，在所述步骤一中，以80～100r/min的速度球磨5～6小时，得到所述混合粉体。
[0014]优选的是，所述步骤三中，在惰性气体的协同下以3
‑
20米/秒的速度，将微米的钴粉和VC混合粉体送入等离子区。
[0015]优选的是，在所述步骤四之后，还包括：将筛选后剩余的外包金属钴的VC陶瓷颗粒再次送入等离子区进行反应。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术提供的高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，所用材料为微米尺寸的钴粉和VC陶瓷颗粒，可操作性强；在高频直流电源的作用下，惰性气体电离产生等离子体，使得混合粉末经历从熔化，气化到凝固的过程。在高效的快速冷却过程中，既确保了制备粉末的尺寸细小又巧妙利用混合粉末凝固顺序差异，陶瓷颗粒VC会率先凝固成型，这为后续凝固的金属钴提供了大量的形核区域，最终实现金属钴对VC陶瓷颗粒的全包覆。
[0018]本专利技术提供的高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，能够大批量生产具有钴包覆的VC陶瓷颗粒，对于用于增强金属基的陶瓷颗粒来说，解决了由于表面能高引起的细小陶瓷颗粒间团聚现象，更重要的是为一直以来陶瓷颗粒与金属基体界面结合不佳的棘手难题提供了解决方法，即利用金属钴全包覆VC颗粒赋予陶瓷颗粒新的金属过渡层，金属过渡层的存在可以促进界面结合。
[0019]本专利技术提供的高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，用于大批量的自动化生产，操作难度低，具有很高的实际应用前景。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例1的X射线衍射相分析。
[0021]图2为本专利技术实施例1的钴包覆VC纳米颗粒组织形貌图。
[0022]图3为本专利技术实施例2的X射线衍射相分析。
[0023]图4为本专利技术实施例2的钴包覆VC纳米颗粒组织形貌图。
[0024]图5为本专利技术实施例3的X射线衍射相分析。
[0025]图6为本专利技术实施例3的钴包覆VC纳米颗粒组织形貌图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0027]本专利技术提供了一种高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，具体制备过程如下，制备过程在气氛保护高频等离子制备装置中进行。
[0028](1)均匀化微米钴粉和VC粉体的混合物：
[0029](1a)计算所需微米级钴粉与微米VC粉体的分配质量并进行初次混合：
[0030]a.计算混合粉体的质量以及初始粉末的尺寸和纯度：VC粉体尺寸约为20
‑
100微米，纯度是99.6wt％，质量约为总质量的40～80％；而金属钴的粉体尺寸约为20
‑
200微米，纯度为99.5wt％，质量约为总质量的20～60％。例如设置总的混合粉体质量为100g，之后即可根据VC粉体所占的质量分数算得VC粉体的质量，之后100g中剩余的质量即为钴粉的质量。
[0031]b.将称量后的金属钴与VC混合粉末加入到机械球磨机中，机械混合；
[0032](1b)金属钴粉与微米级VC粉体机械均匀化详细步骤：
[0033]将称量的钴粉和VC粉体放入保持干燥的球磨罐中，其中不同大小的ZrO2球的直径
分别为3mm,5mm,15mm以及25mm,每个球磨罐中放置不同尺寸大小的ZrO2球各10个，随后以80
‑
100r/min的速度球磨5
‑
6小时。
[0034](2)应用高频感应等离子体法处理均匀化的混合粉末，实现金属钴对VC颗粒的包覆作用；
[0035](2a)实验所需的真空条件：
[0036]为防止混合的钴与VC粉体受到氧化，在真空反应室中需要引入惰性保护气氛。并且在高度真空的条件下，需要降低气压以保证等离子条件在最小的功率下可以保持稳定，使气压值处于0.01
‑
0.03MPa。
[0037](2b)钴包覆VC颗粒等离子体制备：
[0038]运行等离子体装置，即在惰性气体的协同下以3
‑
20米/秒的速度，将微米的钴粉和VC混合粉体送入等离子区，带电等离子体释放热量并且碰撞惰性气体原子。在扩散过程中等离子体作用于混合粉末，粉末熔化并转化为气态随后快速冷却。在巨大的温度差以及碰撞引起的能量损失下，混合粉末凝固并产生超微粒团簇现象。并且在冷却气体对流的加持下，沉积在装置上的粉末尺寸会更加细小。在冷却过程中，高熔点的VC颗粒率先形核凝固，随后大量的金属钴会在VC表面继续形核，最终得到外包金属钴的VC陶瓷颗粒。
[0039](3)筛选高频处理后钴包覆的VC颗粒的尺寸并进行最后的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、分别称取微米级钴粉和微米级VC粉体，并将所述钴粉和VC粉体加入机械球磨机中，进行机械混合，得到混合粉体；其中，所述混合粉体中VC粉体的质量分数为40％～80％，其余为钴粉；步骤二、在真空反应室中充入惰性气体，使所述真空反应室内的气压值处于0.01～0.03MPa；步骤三、运行高频感应等离子体装置，在惰性气体的协同下将所述混合粉体送入等离子区后，冷却，得到外包金属钴的VC陶瓷颗粒；步骤四、筛选粒径为600nm以下的外包金属钴的VC陶瓷颗粒，得到所述纳米VC和钴复合粉体。2.根据权利要求1所述的高频等离子制备纳米VC和钴复合粉体的方法，其特征在于，在所述步骤一中，VC粉体粒径为为20～100微米；钴粉的粒径为20～200微米。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏宇，钟鑫淼，董柏欣，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：