共沉淀-噴霧干燥法制備超細(xì)WC-Co復(fù)合粉的研究

王玉香，文小強(qiáng)，袁德林

（贛州有色冶金研究所，江西 贛州 341000）

硬質(zhì)合金是以難熔金屬的碳化鎢為基體，以過(guò)渡族金屬為粘結(jié)劑，采用粉末冶金工藝制備的多相復(fù)合材料。它有一系列優(yōu)異性能，如高強(qiáng)度、高硬度、優(yōu)良的耐磨性，在耐磨材料、工具材料、耐高溫和耐腐蝕材料等方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，超細(xì)/納米WC-Co硬質(zhì)合金成為硬質(zhì)合金行業(yè)的大趨勢(shì)。制備超細(xì)/納米WC-Co硬質(zhì)合金的關(guān)鍵技術(shù)是合成超細(xì)/納米WC粉或WC-Co復(fù)合粉，經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，WC-Co復(fù)合粉的制備技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。澳大利亞學(xué)者 Rumman Md Raihanuzzaman和韓國(guó)Soon-Jik Hong[1]等人通過(guò)高能球磨法制備了300 nm 的WC-Co復(fù)合粉；北京工業(yè)大學(xué)宋曉艷課題組[2，3]以氧化鎢、碳黑、氧化鈷為原料，通過(guò)球磨將粉末混合均勻，然后將混合粉末置于真空爐中進(jìn)行還原碳化合成了超細(xì)/納米WC-Co復(fù)合粉；王玉香[4]等人采用共沉淀-直接碳化原位合成法制備了超細(xì)WC-Co復(fù)合粉；Srikanth Raghunathan[5]等人采用溶膠凝膠法合成了納米晶WC-Co復(fù)合粉末；武漢理工大學(xué)邵剛勤[6]等人采用噴霧干燥法制備了納米WC-Co復(fù)合粉末。共沉淀法具有制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、制備條件易于控制、合成周期短等優(yōu)點(diǎn)，本文研究中采用該方法和噴霧干燥技術(shù)制備了超細(xì)WC-Co復(fù)合粉。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

按WC-Co復(fù)合粉中W與Co的含量（本文實(shí)驗(yàn)中W與Co摩爾比為1：1）換算出鎢酸銨和硝酸鈷的質(zhì)量，稱取鎢酸銨和硝酸鈷，將鎢酸銨和硝酸鈷分別溶解于去離子水中，加熱鎢酸銨溶液至70℃～85℃，攪拌，調(diào)節(jié)溶液pH值接近中性，然后將硝酸鈷溶液用蠕動(dòng)泵加入到鎢酸銨溶液中，繼續(xù)攪拌2h，得到懸浮液。將懸浮液噴霧干燥，在750℃下煅燒2h，得到氧化物復(fù)合粉末，再與碳粉用球磨機(jī)混合12h，最后在真空氣氛爐一定溫度下還原碳化若干小時(shí)，冷卻即得WC-Co復(fù)合粉。

1.2 工藝流程圖

圖1 制備超細(xì)WC-Co復(fù)合粉的工藝流程簡(jiǎn)圖

2 結(jié)果與討論

2.1 鎢鈷氧化物復(fù)合粉的相結(jié)構(gòu)分析

鎢酸銨和硝酸鈷以液相混合，共沉淀形成了鎢鈷復(fù)合物沉淀懸浮液，保證了鎢鈷最大程度分布均勻，并且最終保持到復(fù)合粉末。因此共沉淀制備鎢鈷復(fù)合粉末與傳統(tǒng)的混合料制備工藝比較在WC粉末與Co粉的混合均勻性上具有更好的效果。

圖2 鎢鈷氧化物復(fù)合粉XRD圖

圖3 真空焙燒所得產(chǎn)物的X射線衍射圖譜

由于噴霧干燥過(guò)程時(shí)間短、溫度低，粉末未發(fā)生分解還是以金屬?gòu)?fù)合鹽形式存在，極易吸潮變成粘稠物，因此有必要在空氣中焙燒。在750℃焙燒2h所得鎢鈷氧化物復(fù)合粉的X射線衍射圖譜如圖2所示。從圖上可以看出，所得鎢鈷氧化物復(fù)合粉成分為CoWO4，沒有其它雜相。

2.2 WC-Co復(fù)合粉相結(jié)構(gòu)分析

經(jīng)焙燒的鎢鈷氧化物復(fù)合粉在真空氣氛下還原碳化，這個(gè)階段經(jīng)歷了氧化物的還原過(guò)程和碳化過(guò)程，過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)W、WO2.9、WO2.72、WO2、Co6W6C、Co3W3C等中間產(chǎn)物，1100℃保溫2h所得產(chǎn)物的X射線衍射圖譜如圖3所示。結(jié)果表明，所得產(chǎn)物的物相為WC和Co，中間產(chǎn)物已經(jīng)全部轉(zhuǎn)化為WC和Co。說(shuō)明還原碳化過(guò)程已經(jīng)完成。

2.3 還原碳化溫度對(duì)WC-Co復(fù)合粉粒度的影響

圖4為不同還原碳化溫度下WC-Co復(fù)合粉的粒徑，由圖4可知，WC-Co復(fù)合粉的平均粒徑隨還原碳化溫度升高而增大，當(dāng)還原碳化溫度從1000℃升高到1250℃，WC-Co復(fù)合粉的平均粒徑由0.49μm增大至0.63μm。WC-Co復(fù)合粉的粒徑隨還原碳化溫度上升顯著增大，低于1100℃粉末顆粒長(zhǎng)大比較緩慢，而1100℃以后，顆粒長(zhǎng)大十分明顯。

圖4 WC-Co復(fù)合粉的粒徑隨還原碳化溫度的變化曲線

圖5 1100℃焙燒2h所得WC-Co粉的粒度分布

圖5為1100℃焙燒2h所得WC-Co復(fù)合粉的粒度分布圖，從圖上可以看出，WC-Co復(fù)合粉粒徑分布比較幾種，0.36-0.65μm區(qū)間的顆粒占了90%以上，表明復(fù)合粉粒度分布良好。

3 結(jié)論

以鎢酸銨、硝酸鈷、碳粉為原材料，采用共沉淀-噴霧干燥法制備鎢鈷復(fù)合物懸浮液，經(jīng)空氣中焙燒得到鎢鈷氧化物復(fù)合粉，最后在1100℃還原碳化2h可以得到主相為WC-Co、平均粒徑為0.53μm的超細(xì)WC-Co復(fù)合粉。