C的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于硬質合金材料制備領域，具體涉及一種Co、W、C三元碳化物Co6W6C的制備方法。
【背景技術】
[0002]WC-Co硬質合金因其高硬度和耐磨性、高的抗彎強度和良好斷裂韌性等獨特性能，在切削工具、模具、礦山工具及耐磨零部件等工業領域得到廣泛應用。Co6W6C是WC-Co硬質合金制備過程中常見的一種化合物，但是它通常與其他物相共存，極少見到以單相形式存在。Co6W6C具有面向立方結構，具有高的體積模量(462GPa，高于鉆石的體積模量444GPa)和高硬度，在一些對硬度和耐腐蝕性能等有特殊要求的硬質合金制品中可作為強化相存在。雖然目前在硬質合金中可以實現WC-Co-Co6W6C三相共存，但在WC-Co-Co6W6C三相共存條件下極難控制合金中Co6W6C的相對含量，涉及成分涉及、工藝嚴格控制等諸多難題。制備出純凈單相的Co6W6C化合物粉末，是實現WC-Co復合粉末和Co6W6C粉末以任意比例混合從而調控合金成分及性能的關鍵解決途徑。然而，目前制備單相Co6W6C粉末的方法非常有限，主要是:將一定比例的W、Co、C原料粉進行干磨混合，再將球磨后的混合粉在氬氣保護下高溫合成，其原理是利用干磨過程中產生的機械活化作用促進原料粉的固相反應生成Co6W6C。這種制備方法存在以下缺點:為了保證球磨后混合粉的均勻性，在干磨過程中每隔15分鐘甚至更短的時間就需要打開球磨罐將粘在罐壁和磨球上的混合粉刮下，若球磨時間較長，制備過程十分繁瑣；原料粉在干磨過程中的活化狀態很難控制，球磨后的產物中無法獲得純凈單相的Co6W6C化合物，而且工藝的可重復性很差。
【發明內容】
[0003]為解決上述技術問題，本發明提供了一種制備過程簡單、可重復性強、尤其是物相純凈的單一的三元碳化物Co6W6C的制備方法，其特征在于，包含以下步驟:
[0004](I)以鈷粉、鎢粉、碳粉為原料，按鈷:媽-M= 6:6:(1.1?1.3)的化學摩爾計量比配制成Co-W-C混合粉末，其中鈷粉粒度200?500nm，鎢粉粒度200nm?1.0um,碳粉粒度 100 ?300nm ；
[0005](2)將步驟(I)所述的Co-W-C混合粉末、硬質合金球、無水乙醇加入硬質合金球磨罐中，硬質合金球與Co-W-C混合粉末的重量比為(2?4):1，球磨時間為16?24小時，球磨轉速為80?120r/min ；
[0006](3)球磨后的混合粉干燥后進行冷壓，壓力為3?6MPa，壓坯置于真空爐內進行化學反應，爐內真空度為彡0.05Pa，加熱速率4?8°C /min，反應溫度1000?1100°C，保溫時間I?2小時，得到純凈單相的三元碳化物Co6W6C。本發明的技術優勢和效果在于:
[0007](I)經過大量試驗探索，得到原料粉末需要適當的粒度，一是較小粒度可使粉末顆粒具有高的表面能促進反應進行得充分，同時，又要控制粉末顆粒的最小粒徑，以減少球磨過程中的自發團聚和各工藝環節中可能發生的粉末氧化摻雜。此外，三種單質粉末顆粒之間的粒徑匹配也非常重要，可保證混合均勻且反應充分，從而制備得到的純凈單相三元碳化物 Co6W6C。
[0008]⑵Co6W6C的單相純度對C含量非常敏感，本方法中最佳碳添加量范圍是通過大量嘗試獲得的，一要保證生成純凈單相所需的化學計量比，二要結合球磨工藝、真空反應工藝等各參數組合對化合碳含量變化、碳分布等的影響，調整初始碳添加量，從而保證最終三元化合物不缺碳且反應產物中亦無游離碳。
[0009](3)步驟⑵中球磨的作用和已有報道中通過干磨發生反應制備化合物的作用不同，是通過液體介質下濕磨提高粉末原料混合的均勻性；本方法在濕磨工藝中使用的球料比低、球磨轉速慢，可以解決高速球磨過程中磨肩引入雜質的問題，且保證球磨過程中粉末材料保持較低的溫度而無反應發生，這和已有方法是通過高速干磨產生化合反應而生成化合物的作用具有本質性不同。
[0010](4)步驟(3)中球磨后的工藝設定，首先是冷壓壓力的確定，需要根據優化的壓坯致密性考慮，密度太低則制備效率下降，致密度過高則反應進行程度較低，直接關系到產物的純度；反應工藝參數的確定，需要結合爐內真空度、反應保溫溫度來優化確定加熱速率和保溫時間，以得到反應充分、物相純凈且未發生燒結的Co6W6C粉體壓坯。
[0011](5)和已有的研究報道相比，本方法工藝步驟較簡單，可操作性、可重復性強，制備的Co6W6C三元碳化物粉體的純度高，可實現工業化批量生產。
【附圖說明】
[0012]圖1為鎢粉、鈷粉、碳粉的X射線衍射圖譜和掃描電鏡顯微形貌圖，其中(a)為鎢粉，(b)為鈷粉，(C)為碳粉。
[0013]圖2為本發明制備的Co6W6C粉末的X射線衍射圖譜，其中(a)為實施例1制備的Co6W6C粉末的X射線衍射圖譜、(b)為實施例2制備的Co6W6C粉末的X射線衍射圖譜、(C)為實施例3制備的Co6W6C粉末的X射線衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0014]以下實施例進一步解釋了本發明，但本發明并不限于以下實施例。
[0015]實施例1
[0016]取粒度分別為500nm的鈷粉、200nm的鎢粉、300nm的碳粉為原料，按鈷:媽??碳=6:6:1.3的化學計量比配制成Co-W-C混合粉末。將混合粉末、硬質合金球、無水乙醇加入硬質合金球磨罐中，硬質合金球與Co-W-C混合粉末的重量比為4:1，球磨時間為16小時，球磨轉速為80r/min。球磨后的混合粉干燥后進行冷壓，壓力為6MPa，壓坯置于真空爐內進行化學反應，爐內真空度為0.04Pa，加熱速率8°C /min，反應溫度1100°C，保溫時間I小時，得到純凈單相的三元碳化物Co6W6C,如圖2 (a)，利用X射線衍射分析檢測制備粉末的物相純度，Co6W6C的質量含量為99.3%。
[0017]實施例2
[0018]取粒度分別為200nm的鈷粉、600nm的媽粉、10nm的碳粉為原料，按鈷:媽:碳=6:6:1.2的化學計量比配制成Co-W-C混合粉末。將混合粉末、硬質合金球、無水乙醇加入硬質合金球磨罐中，硬質合金球與Co-W-C混合粉末的重量比為3:1，球磨時間為20小時，球磨轉速為lOOr/min。球磨后的混合粉干燥后進行冷壓，壓力為4MPa，壓坯置于真空爐內進行化學反應，爐內真空度為0.02Pa，加熱速率4°C /min，反應溫度1000°C，保溫時間1.5小時，得到純凈單相的三元碳化物Co6W6C,如圖2 (b)，利用X射線衍射分析檢測制備粉末的物相純度，Co6W6C的質量含量為98.8%。
[0019]實施例3
[0020]取粒度分別為300nm的鈷粉、I μ m的鎢粉、200nm的碳粉為原料，按鈷:媽:碳=6:6:1.1的化學計量比配制成Co-W-C混合粉末。將混合粉末、硬質合金球、無水乙醇加入硬質合金球磨罐中，硬質合金球與Co-W-C混合粉末的重量比為2:1，球磨時間為24小時，球磨轉速為120r/min。球磨后的混合粉干燥后進行冷壓，壓力為3MPa，壓坯置于真空爐內進行化學反應，爐內真空度為0.05Pa，加熱速率6°C /min，反應溫度1050°C，保溫時間2小時，得到純凈單相的三元碳化物Co6W6C,如圖2 (c)，利用X射線衍射分析檢測制備粉末的物相純度，Co6W6C的質量含量為99.0%。
【主權項】
1.一種純凈單相三元碳化物Co 6ff6C的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)以鈷粉、鎢粉、碳粉為原料，按鈷:媽:碳=6:6:(1.1?1.3)的化學摩爾計量比配制成Co-W-C混合粉末，其中鈷粉粒度200?500nm，鎢粉粒度200nm?1.0um,碳粉粒度100 ?300nm ； (2)將步驟(I)所述的Co-W-C混合粉末、硬質合金球、無水乙醇加入硬質合金球磨罐中，硬質合金球與Co-W-C混合粉末的重量比為(2?4):1，球磨時間為16?24小時，球磨轉速為80?120r/min ； (3)球磨后的混合粉干燥后進行冷壓，壓力為3?6MPa，壓坯置于真空爐內進行化學反應，爐內真空度為彡0.05Pa，加熱速率4?8°C /min，反應溫度1000?1100°C，保溫時間I?2小時，得到純凈單相的三元碳化物Co6W6C。
【專利摘要】一種純凈單相三元碳化物Co6W6C的制備方法，屬于硬質合金材料制備領域。按鈷：鎢：碳＝6：6：(1.1～1.3)的化學摩爾計量比配制成Co-W-C混合粉末，在硬質合金球磨罐中加入無水乙醇進行球磨；球磨后的混合粉干燥后進行冷壓，壓力為3～6MPa，壓坯置于真空爐內進行化學反應，爐內真空度為≤0.05Pa，加熱速率4～8℃/min，反應溫度1000～1100℃，保溫時間1～2小時，得到純凈單相的三元碳化物Co6W6C。本方法工藝步驟較簡單，可操作性、可重復性強，制備的Co6W6C三元碳化物粉體的純度高，可實現工業化批量生產。
【IPC分類】C22C1/05, C22C29/06
【公開號】CN105154703
【申請號】CN201510491451
【發明人】宋曉艷, 范金蓮, 劉雪梅, 王海濱
【申請人】北京工業大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月11日