一種噴霧熱解法制備鎢鈷炭復(fù)合粉末的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種噴霧熱解法制備鎢鈷碳復(fù)合粉末的方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)所述方法將噴霧熱解爐腔加熱到指定的溫度范圍，將可溶性的鎢鹽、鈷鹽和碳源充分混合均勻，使混合液通過噴霧裝置霧化成小液滴，并在惰性氣氛或者還原氣氛的保護(hù)的高溫環(huán)境下將液滴在腔體內(nèi)發(fā)生干燥、熱分解、還原、碳化以及燒結(jié)的全部過程，通過收集系統(tǒng)將粉末產(chǎn)物進(jìn)行收集。該方法制得的復(fù)合粉末顆粒細(xì)小，且粒度可控；碳在粉末中的分布均勻。該方法流程簡單，可進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

Method for preparing tungsten cobalt carbon composite powder by spray pyrolysis method

The invention discloses a method for preparing tungsten cobalt carbon composite powder by spray pyrolysis, belonging to the field of powder metallurgy technology. The method of the invention will spray pyrolysis furnace chamber is heated to the specified temperature range, the soluble tungsten salt, cobalt salt and carbon source fully mixed, the mixture by spray atomized into droplets, the whole process of environmental protection and high temperature in an inert atmosphere or reducing atmosphere under the droplet in the cavity in drying, thermal decomposition, reduction, carbonization and sintering, by collecting the powder product collection system. The composite powder prepared by the method has fine particle size and controllable particle size, and the carbon is uniformly distributed in the powder. The method has simple process and can be produced on a large scale.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種噴霧熱解法制備鎢鈷炭復(fù)合粉末的方法
本專利技術(shù)涉及了一種噴霧熱解法制備鎢鈷炭復(fù)合粉末的方法，屬于粉末冶金與3D打印技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
鎢鈷硬質(zhì)合金的性能與其粉末原料之間有著極為密切的關(guān)系，粉末粒度細(xì)小均勻，且碳含量分布均勻的復(fù)合粉末是制備超細(xì)晶/納米晶硬質(zhì)合金在具有高硬度與高耐磨性的同時兼具良好的韌性的物質(zhì)基礎(chǔ)，所以優(yōu)質(zhì)的復(fù)合粉末的制備是硬質(zhì)合金發(fā)展的必要條件和重要方向。目前制備復(fù)合粉末的方法主要有：球磨法、噴霧轉(zhuǎn)化法、溶膠-凝膠法、共沉淀法、等離子體法、氧化-還原法等，這些方法雖然可以在不同程度上滿足生產(chǎn)需求，但是也不可避免的存在一些問題，如球磨法耗時長，耗能大，產(chǎn)物晶粒形貌不可控，易導(dǎo)致成分偏聚，粉末產(chǎn)品的可重復(fù)性較低；噴霧轉(zhuǎn)化需要在低溫實(shí)現(xiàn)噴霧干燥后再進(jìn)行還原碳化，這樣不但增加了制粉流程，提高了生產(chǎn)成本，而且在還原碳化過程中使炭成分出現(xiàn)偏析，增加后期WC晶粒的形核和異常長大的概率；碳化時間長達(dá)10h以上，由于碳化時間過長，WC晶粒容易粗化，從而使得WC晶粒度的控制難度加大。用溶膠-凝膠法來制備前驅(qū)體粉末的過程較為復(fù)雜，產(chǎn)量較小，難以滿足生產(chǎn)的需求；共沉淀法得到的復(fù)合粉末的形貌和粒度與原料的濃度和沉淀速率有關(guān)，一般雜質(zhì)含量高、生產(chǎn)效率低；等離子體法操作簡便，產(chǎn)量較高，但是能耗較大，而且高溫下電極易升華，對復(fù)合粉末造成二次污染；氧化-還原法主要用以回收硬質(zhì)合金，其產(chǎn)物的粒度和純度較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種噴霧熱解法制備鎢鈷炭復(fù)合粉末的方法，具體包括：將可溶性鎢鹽、鈷鹽、碳源加入去離子水中配置成前驅(qū)體溶液，使其充分混合均勻，然后將此前驅(qū)體溶液通過霧化裝置進(jìn)行霧化，以液滴的形式進(jìn)入加熱爐腔體中，在惰性氣體和/或還原氣氛的保護(hù)下實(shí)現(xiàn)低溫干燥、分解和高溫還原、碳化，然后開啟收塵系統(tǒng)進(jìn)行收集，得到超細(xì)鎢鈷碳的復(fù)合粉末。優(yōu)選的，本專利技術(shù)所述可溶性鎢鹽為偏鎢酸銨（AMT），偏鎢酸銨占固體原料總質(zhì)量的44%～60%。優(yōu)選的，本專利技術(shù)所述鈷鹽為硝酸鈷、醋酸鈷、草酸鈷、碳酸鈷中的一種或幾種，占固體原料總質(zhì)量的6.5%～17%。優(yōu)選的，本專利技術(shù)所述碳源為葡萄糖、蔗糖、碳黑、可溶性淀粉中的一種或幾種，占固體原料總質(zhì)量的23%～47%。優(yōu)選的，本專利技術(shù)通過加熱棒和熱電偶組成反饋系統(tǒng)，使低溫干燥分解溫度區(qū)為250℃～750℃，高溫還原、碳化溫度區(qū)為900℃～1050℃，低溫區(qū)和高溫區(qū)在同一個加熱腔體中。優(yōu)選的，惰性保護(hù)氣氛可以是氮?dú)?、氬氣中的一種或幾種。優(yōu)選的，還原氣氛為氫氣或者一氧化碳。本專利技術(shù)所述低溫干燥分解、高溫還原、碳化都是在同一個加熱腔體中進(jìn)行。本專利技術(shù)所述加熱爐腔體的加熱方式既可以是傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)加熱方式，如電阻絲加熱、天然氣加熱等；也可以是場加熱方式，如微波加熱、感應(yīng)加熱、電火花加熱等。本專利技術(shù)所述加熱爐腔體的材料可以是金屬材料，也可以是非金屬陶瓷材料，加熱爐腔體的形狀可以是圓柱、四方和六方等，加熱爐腔體能夠承受的加熱溫度至少為1100℃，并能夠在設(shè)定的溫度保持恒溫狀態(tài)。本專利技術(shù)所述的霧化裝置可以是機(jī)械霧化，如直射式、離心式和旋轉(zhuǎn)霧化方式等，也可以是超聲波霧化等形式，霧化速率可根據(jù)前驅(qū)液濃度調(diào)整。本專利技術(shù)步驟所述的收塵裝置可以是布袋收塵、靜電收塵、磁力收塵和旋風(fēng)收塵等收集粉末的裝置。本專利技術(shù)所述的前驅(qū)體溶液需要混合均勻，可以通過充分?jǐn)嚢鑼?shí)現(xiàn)，攪拌方式可以是機(jī)械攪拌、超聲攪拌、電磁攪拌等，攪拌時間根據(jù)前驅(qū)體溶液中原料濃度和碳源的種類而定。本專利技術(shù)與傳統(tǒng)制備復(fù)合粉末的方法相比，所制備的復(fù)合粉末中的碳的分散性更好、粉末顆粒尺寸更小、粒度分布更可控，復(fù)合粉末中各組分的均勻性都優(yōu)于現(xiàn)有的制備方法，這是因?yàn)樵趪婌F熱解法制備復(fù)合粉末的過程中，金屬鹽溶液與碳源的混合溶液被霧化成液滴通入腔體內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，在液滴表面張力的作用和腔體高溫作用下，在一個液滴中發(fā)生分解，或者同時發(fā)生分解和還原反應(yīng)生成一個粉末顆粒，液滴的尺寸可以通過霧化裝置控制的非常細(xì)小，粉末顆粒在高溫腔體里面停留的時間非常短，從而可以有效避免發(fā)生二次團(tuán)聚。所得到的產(chǎn)物粒度均一，形貌規(guī)則，且無成分偏聚，并且有效結(jié)合了傳統(tǒng)噴霧干燥和還原碳化法的特點(diǎn)，從而避免了在多步操作流程中引入雜質(zhì)和原料損失的可能，從而提高了產(chǎn)物的質(zhì)量和原料的利用率，減少了能量損耗和設(shè)備投資成本。本專利技術(shù)所具有的積極效果（1）本專利技術(shù)所述的制備的鎢鈷碳復(fù)合粉末的方法，安全可靠、環(huán)境友好，處理流程短，工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。（2）本專利技術(shù)方法所制備的超細(xì)鎢鈷碳復(fù)合粉末中，復(fù)合粉末顆粒的粒度分布可通過降低前驅(qū)液濃度和降低霧化速率來得到粒度更細(xì)小的復(fù)合粉末，而且由于原料在溶液中充分混合，所得產(chǎn)物組成成分均勻。（3）本專利技術(shù)所述的制備鎢鈷碳復(fù)合粉末的過程大部分是在封閉環(huán)境中進(jìn)行，避免環(huán)境氣氛對炭含量的影響，所得粉末的純度高。（4）本專利技術(shù)所述方法中霧化液滴在爐腔內(nèi)停留極短的時間內(nèi)（通常是數(shù)秒鐘）發(fā)生以下過程：前驅(qū)體溶液霧化→霧化液滴干燥→可溶鹽熱分解成氧化物→碳還原氧化物→碳化還原產(chǎn)物→燒結(jié)粉末等，且這些過程都是在同一個加熱爐腔體中進(jìn)行的。附圖說明圖1為實(shí)施例1得到的鎢鈷炭復(fù)合粉末的XRD衍射譜圖；圖2為實(shí)施例1制備的復(fù)合粉末的SEM圖；圖3為實(shí)施例2制備的復(fù)合粉末的SEM圖。具體實(shí)施方式為了進(jìn)一步說明本專利技術(shù)，下面結(jié)合實(shí)施例對本專利技術(shù)提供的鎢鈷碳復(fù)合粉末的制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述，但不能理解為對本專利技術(shù)保護(hù)范圍的限定。本專利技術(shù)所述方法是在多溫區(qū)立式管式爐中進(jìn)行的，每一溫區(qū)都有由加熱棒、熱電偶和溫控器組成的控溫系統(tǒng)，以保證加熱溫度的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。實(shí)施例1將11.89g偏鎢酸銨（占固體原料質(zhì)量的60%）、3.38g乙酸鈷（占固體原料質(zhì)量的17%）、4.50g碳黑（占固體原料質(zhì)量的23%）、加入到5000ml去離子水中，電磁攪拌2h使碳黑分散均勻，得到混合均勻的前驅(qū)體溶液。將制備好的前驅(qū)體溶液加入超聲霧化裝置的儲料箱中，連接霧化器出口與管式爐低溫區(qū)的入口，設(shè)定低溫區(qū)溫度為650℃，高溫區(qū)溫度為900℃，并向管式爐加熱腔體中通入氮?dú)?。待管式爐達(dá)到指定溫度并且腔體內(nèi)不含空氣后，打開霧化器，設(shè)定噴霧速率為25ml/min，同時調(diào)整氮?dú)饬髁繛?00ml/min。打開收集系統(tǒng)進(jìn)行收集，并將高溫分解還原產(chǎn)生的復(fù)合粉末通過布袋收塵收集起來得鎢鈷碳復(fù)合粉末。本實(shí)施例制備得到的鎢鈷炭復(fù)合粉末的XRD衍射譜圖如圖1所示，圖中的三個物相分別為WC、Co3W3C和Co相。本實(shí)施例制備得到的鎢鈷碳復(fù)合粉末的微觀形貌為球形或近球形，物相組成為WC、Co3W3C和Co相，粒度分布集中在300~500nm，如圖2所示。實(shí)施例2將11.89g偏鎢酸銨（占固體原料質(zhì)量的44%）、2.58g草酸鈷（占固體原料質(zhì)量的9%）、12.51g葡萄糖（占固體原料質(zhì)量的47%）溶解于5000ml去離子水中，攪拌30min后得到混合均勻的前驅(qū)溶液。將制備好的前驅(qū)體溶液加入超聲霧化裝置的儲料箱中，連接霧化器出口與管式爐低溫區(qū)的入口，設(shè)定低溫區(qū)溫度為450℃，高溫區(qū)溫度為1000℃，并向管式爐加熱腔體中通入氮?dú)狻４苁綘t達(dá)到指定溫度并且腔體內(nèi)不含空氣后，打開霧化器，設(shè)定噴霧速率為20ml/min，同時調(diào)整氮?dú)饬髁繛?50ml/min。打開收集系統(tǒng)進(jìn)行收集，并將高溫分解還原產(chǎn)生的復(fù)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種噴霧熱解法制備鎢鈷炭復(fù)合粉末的方法，其特征在于：將可溶性鎢鹽、鈷鹽、碳源加入去離子水中配置成前驅(qū)體溶液，使其充分混合均勻，然后將此前驅(qū)體溶液通過霧化裝置進(jìn)行霧化，以液滴的形式進(jìn)入加熱爐腔體中，在惰性氣體和/或還原氣氛的保護(hù)下實(shí)現(xiàn)低溫干燥、分解和高溫還原、碳化；開啟收塵系統(tǒng)進(jìn)行收集，得到超細(xì)鎢鈷碳的復(fù)合粉末。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種噴霧熱解法制備鎢鈷炭復(fù)合粉末的方法，其特征在于：將可溶性鎢鹽、鈷鹽、碳源加入去離子水中配置成前驅(qū)體溶液，使其充分混合均勻，然后將此前驅(qū)體溶液通過霧化裝置進(jìn)行霧化，以液滴的形式進(jìn)入加熱爐腔體中，在惰性氣體和/或還原氣氛的保護(hù)下實(shí)現(xiàn)低溫干燥、分解和高溫還原、碳化；開啟收塵系統(tǒng)進(jìn)行收集，得到超細(xì)鎢鈷碳的復(fù)合粉末。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述噴霧熱解法制備鎢鈷炭復(fù)合粉末的方法，其特征在于：可溶性鎢鹽為偏鎢酸銨（AMT），偏鎢酸銨占固體原料總質(zhì)量的44%~60%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述噴霧熱解法制備鎢鈷炭復(fù)合粉末的方法，其特征在于：鈷鹽為硝酸鈷、醋酸鈷、草酸鈷、碳酸鈷中的一種或幾種，鈷鹽占固體原料總質(zhì)量的6.5%～17%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述噴霧熱解法制備...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鮑瑞，劉鵬，易健宏，劉亮，楊笑宇，
申請(專利權(quán))人：昆明理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：云南,53