[发明专利]一种熔盐中金属热还原合成纳米硬质合金粉末的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金工程技术领域，具体涉及一种熔盐中金属热还原合成硬质纳米硬质合金粉末的方法。

背景技术

硬质合金是一种以难熔金属化合物与粘结过渡金属为原料，采用粉末冶金方法制备的一种具有高硬度、高耐磨性和高韧性的金属陶瓷材料。而纳米碳化钨粉末是制备超细纳米硬质合金的重要原料，可生产出硬质合金材料，其性能比常规硬质合金有明显提高，能满足航天、电子工业、精密加工等行业的迅速发展。

制备超细硬质合金的关键技术是超细WC/WC-xCo等粉末制备和烧结工艺致密化，硬质合金性能好坏以及烧结工艺确定取决于硬质合金粉料的初始特征。因此，制备超细或纳米粉体硬质合金材料是目前所关注的热点之一，当前主要制备工艺有喷雾转化合成法、机械合金化法、氧化物直接碳化法、原位渗碳还原法和化学气相沉积法等。

喷雾转化合成法最早由美国Rurgers大学于1989年率先研制成功，并且由美国Nanodyne公司在其技术基础上工业规模生产出纳米WC-Co硬质合金复合粉末，此法是一项能适应规模化工业生产的方法，也是目前一项大批量制备纳米WC粉末最成功的技术，但此工艺过程比较复杂，操作繁琐，仅有少数国家掌握此技术^[1-2]。机械合金化法是在低温下通过高能机械合金作用合成材料的一种方法，虽然此法设备简单，但是此工艺耗费周时很长，影响其广泛应用^[3]。氧化物直接碳化法是直接碳化还原钨钴氧化物制取WC/WC-Co粉末的一种有效原位还原碳化方法，该法虽然工艺简单，粉末颗粒均匀，具有很好的工业化生产应用前景，但是该法制备周期长，容易出现CO/CO₂排放气体造成环境污染等问题^[4]。原位渗碳还原法是由1994年美国Texas大学的Y.T.Zhu^[5]发明，此法关键是将溶解在聚丙稀晴溶液中的钨酸和钴盐经低温干燥后，进行氢还原获得WC-Co纳米粉末，过程中无需碳化步骤。化学气相沉积法也是一种制备纳米WC粉末的广泛采用方法，是将原料W/WO₃与甲烷(CH4)或乙炔(C₂H₂)经等离子发生器加热进行化学气相合成的一种方法，此法存在设备投资大，生产效率低等问题^[6]。

熔盐金属热还原法是近些年发展起来的制备金属单质或合金化合物的一种化学方法，在熔盐介质中通过金属热还原反应，制备合成金属单质或合金化合物粉末材料。该方法因流程短、能耗低、设备简单、环境友好等特点备受世人关注。熔盐金属热还原法是Okabe等人^[7]在镁热还原Nb₂O₅制备工艺基础上加入CaCl₂试剂制备铌金属粉开始首次研究探索，接着Ryosuke和Okabe等人^[8-9]分别研究了CaCl₂熔盐介质中钙热还原制备铌金属粉工艺和还原机理，成功获得单质铌金属粉末。后来Shekhter等人^[10]研究探讨了由气相介入的金属热还原方法，即采用Ca或Mg蒸气作为还原剂，在CaCl₂熔盐介质中金属热还原制备粉体材料，随后Baba等人^[11]对熔盐钙金属热还原反应时间进行了详细的研究。从此钙金属热还原法完成了由钙蒸汽直接还原Nb₂O₅粉末(或胚体)向钙原子直接还原熔盐稀释剂中的Nb₂O₅制备单一金属铌粉末的转变，成功制取高纯的纳米级金属铌粉体颗粒。近年来，H.M.Zhu等人^[12-14]在NaCl-CaCl₂熔盐介质中，对熔盐钠热还原制备铌及铌铝金属金属间化合物粉末行了一系列的研究，成功制备获得了纳米级铌及Nb₃Al/NbAl₃/Nb₂Al-NbAl₃金属间化合物粉体颗粒。熔盐金属热还原法具有设备简单，生产规模易调节的特点备受世人关注。

参考文献：

[1]SeegopaulP,McCandlishLEandShinnemanFM.ProductioncapabillityandpowderprocessingmethodsfornanostructuredWC-Copowder[J].IntJofRefractoryMetals&HardMaterials,1997,15:133-138.