一種含砷的偏鎢酸銨制備超細(xì)碳化鎢粉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳化鎢基硬質(zhì)合金研宄領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]硬質(zhì)合金俗稱為“工業(yè)牙齒”。超細(xì)硬質(zhì)合金因其具有高韌性、高強(qiáng)度、高硬度而被譽(yù)為“三高合金”，有效地解決了傳統(tǒng)硬質(zhì)合金強(qiáng)度與硬度之間的矛盾。然而，WC粉質(zhì)量的好壞直接影響硬質(zhì)合金制品的性能，為了獲得高性能的超細(xì)WC-C0硬質(zhì)合金，就必須對WC的晶粒大小進(jìn)行控制。因此制備分散性好、粒度分布均勻的超細(xì)碳化鎢粉是超細(xì)晶WC-C0硬質(zhì)合金制備的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]目前，制備超細(xì)碳化鎢粉末主要有傳統(tǒng)氧化鎢氫還原-碳化法、氧化鎢直接還原碳化法、等離子體化學(xué)合成法、機(jī)械合金化法。等離子體化學(xué)合成法，需特殊工裝設(shè)備，且工藝控制難度大，生產(chǎn)成本高，不利于批量生產(chǎn)；機(jī)械合金化法，長時間球磨會造成碳化鎢氧含量和雜質(zhì)含量增加，只能進(jìn)行小批量生產(chǎn)，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；傳統(tǒng)氧化鎢氫還原-碳化法，鎢粉在碳化過程中燒結(jié)增粗，并且會形成粗大團(tuán)粒，從而使碳化鎢粉的粒度、均勻性和分散性很難達(dá)到要求；氧化鎢直接還原碳化法，通常采用較低的碳化溫度，低碳化溫度造成碳化不完全，W2C和游離碳含量較高，很難實(shí)現(xiàn)一次性碳化合格，雖然提高碳化溫度可以使碳化完全，但是碳化溫度較高會使WC顆粒急劇長大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含砷(As)的偏鎢酸銨(AMT)制備超細(xì)碳化鎢粉的方法。
[0005]本發(fā)明按如下步驟。
[0006]( I)偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末的制備。
[0007]首先將一定量的單質(zhì)砷溶于濃度為65%~68%硝酸溶液中的，待砷完全溶解后，再將偏鎢酸銨加入到砷的硝酸溶液中，原料中砷的含量為0.01~5wt% ；電動攪拌使原料混合均勻后，置于烘箱內(nèi)烘干，烘箱溫度為70~90°C，時間為8~10h，經(jīng)研磨后制得偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末。
[0008](2)三氧化鎢粉末的制備。
[0009]將制備的偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末置于箱式電阻爐中，在空氣氣氛下進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為580~620°C，保溫時間為2~4h，制備出黃色三氧化鎢粉末。
[0010](3)三氧化鎢粉末復(fù)合粉末的配碳。
[0011]按炭黑與三氧化鎢粉末的質(zhì)量比為0.20: I ~ 0.22: I進(jìn)行配料，并采用行星球磨機(jī)干磨2h。
[0012](4)三氧化鎢直接還原碳化制備超細(xì)碳化鎢粉。
[0013]將球磨好的三氧化鎢粉末與炭黑的混合物粉末放入管式氣氛爐中，在Ar氣氛下直接進(jìn)行還原碳化，升溫速率為5°C /min,碳化溫度為1380~1420°C，碳化時間為l~3h，制備出超細(xì)碳化鎢粉。
[0014]本發(fā)明通過研宄發(fā)現(xiàn)，在WC-Co硬質(zhì)合金的制備過程中砷對W及WC晶粒具有顯著地細(xì)化作用。本發(fā)明則是采用三氧化鎢高溫直接還原碳化法，并利用砷對WC顆粒生長抑制的作用以制備粒度均勻的超細(xì)WC粉末。該方法不僅能提高碳化鎢粉中化合碳的含量，還能有效地控制高溫碳化過程中WC晶粒的急劇長大。此方法同樣適用于以各種含砷的鎢原料來制備超細(xì)碳化鎢粉。
[0015]本發(fā)明制備超細(xì)碳化鎢粉的方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉，適合工廠批量生產(chǎn)超細(xì)碳化鎢粉，制備出的超細(xì)碳化鎢粉化合碳含量高、粒度分布均勻且分散性好，其粒徑為200-300 nm，有效地推進(jìn)了超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金的發(fā)展與應(yīng)用。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)例I制備出的碳化鎢粉的SEM形貌圖。
[0017]圖2為實(shí)例2制備出的超細(xì)碳化鎢粉的SEM形貌圖。
[0018]圖3為實(shí)例2制備出的超細(xì)碳化鎢粉的SEM形貌圖。
[0019]圖4為實(shí)例2制備出的超細(xì)碳化鎢粉的XRD衍射圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明將通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
[0021]實(shí)施例1。
[0022]A.將100.0 g AMT加入50 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%~68%的硝酸溶液中，電動攪拌。
[0023]B.待原料混合均勻后，放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱溫度為80°C，時間10 h，制得偏鎢酸銨前驅(qū)體粉末。
[0024]C.將偏鎢酸銨前驅(qū)體粉末放入箱式電阻爐中，在空氣氣氛下直接焙燒，焙燒溫度為600°C，保溫2h，制備出黃色三氧化鎢粉末。
[0025]D.將制得的黃色三氧化鎢粉末放入管式氣氛爐中，通入氬氣直接進(jìn)行還原碳化，升溫速率5°C /min，碳化溫度為1380~1420°C，碳化時間為l~3h，制備出碳化鎢粉。
[0026]按上述所描述的方法制成的碳化鎢粉形成粗大的團(tuán)粒，分散性很差，且粒度分布不均勻，其SEM照片見附圖1，二次顆粒粒徑為2~3 μπι，一次顆粒大小為0.6-0.8 μπι。
[0027]實(shí)施例2。
[0028]Α.按下述質(zhì)量百分比配料，AMT (偏鎢酸銨)為99.0wt%，As為1.0wt%。將1.0 gAs溶于50 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%~68%的硝酸中，水浴加熱10 h，加熱溫度為30°C。待As完全溶解后，將99.0 g AMT加入到As的硝酸溶液中，電動攪拌使原料充分混合。
[0029]B.待原料混合均勻后，放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱溫度為80°C，時間10 h，制得偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末。
[0030]C.將偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末放入箱式電阻爐中，在空氣氣氛下直接焙燒，焙燒溫度為600°C，保溫2h，制備出黃色三氧化鎢粉末。
[0031]D.將制得的黃色三氧化鎢粉末放入管式氣氛爐中，通入氬氣直接進(jìn)行還原碳化，升溫速率5°C /min，碳化溫度為1380~1420°C，碳化時間為l~3h，制備出超細(xì)碳化鎢粉。
[0032]按上述所描述的方法制成的超細(xì)碳化鎢粉碳化完全、粒度分布均勻且分散性良好，其SEM照片和XRD衍射圖譜分別見附圖2、3和4，平均粒徑為217 nm。
[0033]實(shí)施例3。
[0034]A.按下述質(zhì)量百分比配料，AMT (仲鎢酸銨)為99.9wt%，As為0.lwt%。將0.1 gAs溶于50 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%~68%的硝酸中，水浴加熱10 h，加熱溫度為30°C。待As完全溶解后，將99.9 g AMT加入到As的硝酸溶液中，電動攪拌使原料充分混合。
[0035]B.待原料混合均勻后，放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱溫度為80°C，時間10 h，制得偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末。
[0036]C.將偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末放入箱式電阻爐中，在空氣氣氛下直接焙燒，焙燒溫度為600°C，保溫2h，制備出黃色三氧化鎢粉末。
[0037]D.將制得的黃色三氧化鎢粉末放入管式氣氛爐中，通入氬氣直接進(jìn)行還原碳化，升溫速率5°C /min，碳化溫度為1380~1420°C，碳化時間為l~3h，制備出超細(xì)碳化鎢粉。
[0038]按上述所描述的方法制成的超細(xì)碳化鎢粉碳化完全、粒度分布均勻且分散性良好，平均粒徑為273 nm。
[0039]實(shí)施例4。
[0040]A.按下述質(zhì)量百分比配料，AMT (仲鎢酸銨)為99.99wt%，As為0.01wt%。將0.01g As溶于50 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%~68%的硝酸中，水浴加熱10 h，加熱溫度為30°C。待As完全溶解后，將99.99 g AMT加入到As的硝酸溶液中，電動攪拌使原料充分混合。
[0041]B.待原料混合均勻后，放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱溫度為80°C，時間10 h，制得偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末。
[0042]C.將偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末放入箱式電阻爐中，在空氣氣氛下直接焙燒，焙燒溫度為600°C，保溫2h，制備出黃色三氧化鎢粉末。
[0043]D.將制得的黃色三氧化鎢粉末放入管式氣氛爐中，通入氬氣直接進(jìn)行還原碳化，升溫速率5°C /min，碳化溫度為1380~1420°C，碳化時間為l~3h，制備出超細(xì)碳化鎢粉。
[0044]按上述所描述的方法制成的超細(xì)碳化鎢粉碳化完全、粒度分布均勻且分散性良好，平均粒徑為312 nm。
【主權(quán)項】
1.一種含砷的偏鎢酸銨制備超細(xì)碳化鎢粉的方法，其特征在于包括以下步驟: (O將一定量的單質(zhì)砷溶于濃度為65%~68%硝酸溶液中的，待砷完全溶解后，再將仲鎢酸銨或偏鎢酸銨加入到砷的硝酸溶液中，原料中砷的含量為0.01~5wt% ；電動攪拌使原料混合均勻后，置于烘箱內(nèi)烘干，烘箱溫度為70~90°C，時間為8~10h，經(jīng)研磨后制得偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末； (2)將制備的偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末置于箱式電阻爐中，在空氣氣氛下進(jìn)行焙燒，焙燒溫度為580~620°C，保溫時間為2~4h，制備出黃色三氧化鎢粉末； (3)按炭黑與三氧化鎢的質(zhì)量比為0.20: I ~ 0.22: I進(jìn)行配料，采用行星球磨機(jī)干磨2h ； (4)將上述球磨好的物料在Ar氣氣氛下進(jìn)行還原碳化反應(yīng)，升溫速率為5°C/min，碳化溫度為1380~1420°C，碳化時間為l~3h，制備出超細(xì)碳化鎢粉。
【專利摘要】一種含砷的偏鎢酸銨制備超細(xì)碳化鎢粉的方法，將偏鎢酸銨加入到砷的硝酸溶液中，原料中砷的含量為0.01~5wt%；攪拌均勻后，烘干，經(jīng)研磨后制得偏鎢酸銨-砷前驅(qū)體復(fù)合粉末；將此前驅(qū)體復(fù)合粉末置于箱式電阻爐中，在空氣氣氛下580~620℃焙燒，保溫2~4h，制備出黃色三氧化鎢粉末；再以黃色三氧化鎢粉末和炭黑混合物為反應(yīng)物，其中炭黑與三氧化鎢質(zhì)量比為0.20：1 ~ 0.22：1，并在氬氣條件下進(jìn)行碳化反應(yīng)，碳化溫度1380~1420℃，碳化時間1~3h,制備超細(xì)碳化鎢粉末。本發(fā)明工藝簡單，生產(chǎn)成本低廉，適合工廠批量生產(chǎn)超細(xì)碳化鎢粉末，制備出的碳化鎢粉化合碳含量高、粒度分布均勻且分散性好，其粒徑為200~300 nm。
【IPC分類】C01B31-34
【公開號】CN104803385
【申請?zhí)枴緾N201510169211
【發(fā)明人】譚敦強(qiáng), 朱紅波, 李亞蕾, 楊欣, 何文, 陸磊, 陸德平
【申請人】南昌大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月13日