新型核壳结构纳米复合粉的制备

廖 立 谢克难 汪玉洁 龙 沁 赖雪飞 张星和

(四川大学化学工程学院,成都,610065)

新型核壳结构纳米复合粉的制备

廖 立 谢克难 汪玉洁 龙 沁 赖雪飞 张星和

(四川大学化学工程学院,成都,610065)

采用液相还原法制备核壳结构WC@Co纳米复合粉。XRD、SEM和EDS表征结果表明复合粉为核壳结构(WC为核,Co为壳),得到了高分散性的硬质合金原料粉,为制备高强韧性的硬质合金打下坚实的基础。

核壳结构 WC@Co 液相还原法

目前硬质合金正朝着纳米化方向发展[1]。根据Hall-Patch公式,硬质合金相(一般为碳化钨,WC)的晶粒尺寸越小,粘结相(一般为金属钴,Co)的平均自由程越短,则其强度和硬度越高[2]。当晶粒尺寸达到纳米级别后,其强度、硬度和韧性出现“三高”局面。WC硬质合金的传统制备方法是将WC粉和Co粉混合球磨,冷压成型,然后在1400℃的温度下通过液相烧结致密化[3]。而由于球磨这种物理混料方式的限制,硬质相WC和粘结相Co分布不均而在烧结时易出现“钴池”和晶粒异常长大等现象,恶化烧结的合金的强韧性[4];而且通过烧结,合金组织的性质对原料粉的性质具有继承性,原料粉的品质会极大的影响合金颗粒的粒度、合金组织的致密性和均匀性,从而影响硬质合金的强韧性[5]。因此,在合金原料粉WC-Co的制备过程中如何保证粘结相Co均匀分布在硬质相WC中有待于深入研究。本研究采用液相还原法制备高分散性的核壳结构型(WC为核、Co为壳,记为 WC@Co)纳米合金粉,这对提高硬质合金的强韧性具有重要的意义。

1 实验

1.1 实验原料

碳化钨:由四川省稀土纳米材料中心提供,d50=0.5μm;氯化钴、联氨、氢氧化钠等均为分析纯,购买于成都市科龙化工试剂厂;研究全过程使用去离子水。

1.2 实验过程

将一定量球磨后的超细WC悬浮在液相,调节混合溶液p H值到10,然后升温到80℃并保温1小时;搅拌条件下按一定速度同步滴加氯化钴溶液和联氨,待滴加完后保温2小时、陈化4小时、水洗3次、离心分离、真空干燥。

1.3 表征手段

本研究使用 Philips X’Pert Pro型 X-射线衍射(XRD)分析复合粉的相组成;使用 Hitachi S-3400N型扫描电子显微仪(SEM)观察复合粉的形貌;使用Horiba EMAX型能谱仪(EDS)分析复合粉的结构。

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

将制备的WC@Co复合粉进行XRD物相分析,结果如图1所示。从图1可以看出,复合粉中只存在 WC(JCPDS 65-4539)和 Co(JCPDS 05-0727)两种物相。

2.2 SEM分析

原料 WC和制备的 WC@Co(钴含量为10wt%)复合粉的SEM结果如图2所示。由图2可知,相对于原料WC粉来说,复合粉形成了明显的包裹结构(Co包覆WC)。

2.3 EDS分析

为进一步考察复合粉的结构,进行了 EDS分析,结构如图3所示。图3中,a图为EDS扫描的区域,b、c、d图为 EDS扫描的结果。由图3可以直接的看出,复合粉中的W元素和Co元素的分布保持了高度一致性,并且没有出现Co的单相聚集。

3 结论

采用液相还原法制备了 WC@Co复合粉,XRD、SEM和EDS表征结果表明复合粉为核壳结构(WC为核,Co为壳),得到了高分散性的硬质合金原料粉,为制备高强韧性的硬质合金打下坚实的基础。

图3 WC@Co(b)复合粉的 EDS图片

[1]张武装,高海燕,黄伯云.纳米晶WC-Co复合粉末制备的研究[J].稀有金属材料与工程,2007,36:1253～1256.

[2]李荣久.陶瓷-金属复合材料[M].北京:冶金工业出版社,2002.

[3]陈亚军.超细WC-Co硬质合金的制备与性能研究[J].硬质合金,2008,25:158～165.

[4]王洪涛,王旭,余永宁.纳米WC/Co硬质合金粉末烧结早期的晶粒长大研究[J].稀有金属与硬质合金,2005,33:18～21

[5]郝权,何新波,曲选辉.放电等离子烧结制备超细WC-Co硬质合金[J].北京科技大学学报,2008,30:644～647.

Preparation of Ultraf ine Core-shell Composite Powders

LiaoLi,XieKenan,WangYujie,LongQin,LaiXuefei,ZhangXinghe
(SchoolofChemicalEngineering,SichuanUniversity,Chengdu,610065)

The WC-Co core-shell composite powders were prepared via a liquid phase reduction process.These composite materials were investigated by X-ray diff raction(XRD),scanning electron microscope(SEM)and energy dispersive spectroscopy(EDS).The core-shell structure(tungsten carbide coated with cobalt shell)was confirmed by the characterization results.A feasible approach would be provieded to prepare nano cemented carbide with higher strength and toughness.

core-shell;WC-Co;liquid phase reduction