[发明专利]一种纳米钨粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明属硬质合金材料及制备领域。

背景技术

纳米晶WC-Co（碳化钨-钴）硬质合金因预期兼有高硬度和高强度（即兼有高耐磨性和高韧性）的特性而成为硬质合金的发展方向。制约纳米晶WC-Co（碳化钨-钴）硬质合金发展的一个难题是纳米钨粉制备上的困难。

纳米钨粉制备上的困难实际上就是控制氧化钨“挥发—沉积”上的困难。目前，钨粉制备方法主要有氧化钨氢还原和氧化钨碳还原两种，在还原过程中钨粉会通过氧化钨的挥发—沉积机制长大，这两种方法都不能制备出纳米钨粉。氧化钨氢还原制备钨粉的过程中有大量的水蒸汽产生，水蒸汽会加速氧化钨的挥发，最终得不到纳米钨粉。氧化钨碳还原制备钨粉的过程中，尽管可以消除水蒸汽的影响，但碳还原所需要的的高温也会加速氧化钨的挥发，所以也得不到纳米钨粉。因此，制备纳米钨粉的关键是抑制氧化钨的挥发。

发明内容

本发明的目的是针对现有制备工艺上的不足，提供一种新型纳米钨粉的制备方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案是：在氢还原法制备钨粉的过程中加入少量的碳和氧化钨挥发抑制剂，利用碳与水蒸汽反应降低水蒸汽对氧化钨挥发的影响，以及抑制剂对氧化钨挥发的抑制作用，最终会显著降低钨粉的粒度。

本发明采用的制备步骤如下。

(1) 配料：采用水溶液配料的方法制备前驱体粉末。将一定量的偏钨酸铵、硝酸铬和水溶性碳源物质：葡萄糖或蔗糖或水溶性酚醛树脂（碳源），溶于加热的去离子水中，电动搅拌使原料充分混合。其中水溶性碳源物质的重量百分比为10~30%，硝酸铬为0.5～2%，去离子水的温度≥70℃，以保证混料均匀。原料混合均匀后采用喷雾干燥的方法制备出还原要用的前驱体粉末。

(2) 还原：将步骤(1)中制得的前驱体粉末放入管式气氛炉中进行碳辅助氢还原，还原温度为710~850^oC，升温速率10～15^oC/min，时间为2~5h。还原结束后，在粉末出炉前用惰性气体进行钝化处理。

采用上述碳辅助氢还原法制备出的钨粉粒径为40~70nm，而且团聚并不严重，经破碎后可得到无团聚的纳米钨粉。还原后的尾气是水煤气，尾气较少时可以直接烧掉，尾气量较大时，可以收集起来作为燃料使用，并不会对环境造成污染。因此采用碳辅助氢还原法来制备钨粉可以有效地推进纳米晶WC-Co硬质合金发展。

附图说明

图1为实施例1制备出的纳米钨粉的X射线衍射谱。

图2为实施例1制备出的纳米钨粉的TEM照片。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1。

称取偏钨酸铵180g、无水葡萄糖20g、硝酸铬1.5g，溶于80℃的去离子水中，待原料充分混合后，采用喷雾干燥的办法制备出还原所需的前驱体。将前驱体粉末放入管式气氛炉中，通入氢气进行还原，还原温度为780℃，升温速率10^oC/min，时间为2h。还原结束后，在粉末出炉前改通氩气30min进行钝化处理。所得粉末为纳米级钨粉，其X射线衍射图谱和透射电镜照片分别见附图1和2，纳米钨粉的粒径为44nm。

实施例2。

称取偏钨酸铵180g、无水葡萄糖20g、硝酸铬1.5g，溶于80℃的去离子水中，待原料充分混合后，采用喷雾干燥的办法制备出还原所需的前驱体。将前驱体粉末放入管式气氛炉中，通入氢气进行还原，还原温度为800℃，升温速率15^oC/min，时间为3h。还原结束后，在粉末出炉前改通氩气30min进行钝化处理。所得的纳米钨粉的粒径为57nm。

实施例3。

称取偏钨酸铵170g、无水葡萄糖30g、硝酸铬2.5g，溶于80℃的去离子水中，待原料充分混合后，采用喷雾干燥的办法制备出还原所需的前驱体。将前驱体粉末放入管式气氛炉中，通入氢气进行还原，还原温度为780℃，升温速率10^oC/min，时间为2h。还原结束后，在粉末出炉前改通氩气30min进行钝化处理。所得的纳米钨粉的粒径为50nm。

实施例4。

称取偏钨酸铵170g、无水葡萄糖30g、硝酸铬2.5g，溶于80℃的去离子水中，待原料充分混合后，采用喷雾干燥的办法制备出还原所需的前驱体。将前驱体粉末放入管式气氛炉中，通入氢气进行还原，还原温度为800℃，时间为3h。还原结束后，在粉末出炉前改通氩气30min进行钝化处理。所得的纳米钨粉的粒径为68nm。