專利名稱：金屬復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備金屬復(fù)合材料，例如摻碳的碳化物的方法。
美國專利5,505,902披露了一種方法，該方法中，將含有有機(jī)基團(tuán)的至少一種鐵族金屬的一種或多種金屬鹽溶于至少一種極性溶劑中并配位鍵合到至少一種含有OH或NR3(R＝H或烷基)官能基的配合物前體中。將硬組分粉末，以及選擇性的可溶性碳源加入到該溶液中。蒸發(fā)除去溶劑并將剩下的粉末在惰性和/或還原性氣氛中進(jìn)行熱處理。結(jié)果得到涂覆的硬組分粉末，在加入擠壓劑后，可按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行壓實(shí)和燒結(jié)，得到在粘結(jié)相中含有硬組分的燒結(jié)體。
所述方法存在的一個(gè)問題是，將大量的(＞1千克)涂覆粉末進(jìn)行熱處理必須在純氫氣中和/或需要不必要的高的氣體流速以得到所希望的碳含量，對于摻碳的碳化物，碳含量必須保持在一非常窄的范圍內(nèi)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種替代上述的美國專利的方法，該方法基本上不用進(jìn)行氫氣還原。
按照本發(fā)明方法，上述專利中所述的至少一種有機(jī)鹽被一種不含或基本上不含碳的鹽部分或全部替換。
本發(fā)明方法包括下述步驟，其中，Me＝Co、Ni和鐵Fe，優(yōu)選為Co1、將碳含量低于5％(重量)、優(yōu)選為低于2％(重量)、特別優(yōu)選是不含碳的Men(NO3)m和Men(SO4)m以及其他類似的含有X-基團(tuán)的Men-Xm化合物的至少一種，優(yōu)選為Me-硝酸鹽，單獨(dú)或與至少一種含有有機(jī)基團(tuán)的Me-鹽，例如羧酸鹽、乙酰丙酮化物、含氮有機(jī)基團(tuán)，例如席夫堿，優(yōu)選是Me-乙酸鹽，溶于至少一種極性溶劑，例如乙醇、乙腈、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亞砜以及溶劑的混合物，例如甲醇-乙醇和水-1，2-乙二醇中，優(yōu)選是甲醇中。以Me-鹽的總量計(jì)，低碳含量或不含碳的Me-鹽的用量應(yīng)大于10％，優(yōu)選為大于50％。在攪拌下加入三乙醇胺或其他的配合物前體，特別是含有多于2個(gè)官能基，即OH或NR3的分子，其中R＝H或烷基(每摩爾金屬0.1-2.0摩爾配合物前體，優(yōu)選為每摩爾金屬的0.5摩爾配合物前體)。
2、將硬組分粉末，例如WC、(Ti，W)C、(Ta，Nb)C、(Ti，Ta，Nb)C、(Ti，W)(C，N)，TiC、TaC、NbC、VC和Cr3C2，優(yōu)選是良好解聚集的，例如噴射研磨過的硬組分粉末在中等攪拌下加入，并升溫以加速溶劑的揮發(fā)。當(dāng)混合物變得非常粘稠時(shí)，將面團(tuán)狀混合物捏合，并在幾乎干燥時(shí)平穩(wěn)粉碎以促進(jìn)溶劑蒸發(fā)(避免存留下溶劑)。
3、將由上述步驟得到的松散的粉末塊在惰性和/或輕還原氣氛中在約400-1100℃、優(yōu)選是500-900℃進(jìn)行熱處理。為了得到完全還原的粉末，可能需要保溫。熱處理時(shí)間受工藝參數(shù)例如粉末床的厚度、批處理量、氣體組成以及熱處理溫度的影響，其是通過實(shí)驗(yàn)來確定的。通常使用氮和/或氫，但是也可以使用氬、氦和氨(或其混合物)，由此可使組合物和涂覆層的微結(jié)構(gòu)得到改善。
4、熱處理后，將涂覆的粉末單獨(dú)或與其他的涂覆的硬組分粉末和/或未涂覆的硬組分粉末和/或粘結(jié)相金屬以及，如果可能的話，碳或鎢與擠壓助劑在乙醇中混合以形成漿液，得到所希望的組合物。隨后將漿液干燥，以常用的方式壓實(shí)并燒結(jié)，得到硬組分在粘結(jié)相中的燒結(jié)體。
大部分的溶劑可以回收，這對于工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)來說是非常重要的。
另一種選擇是，可在步驟2中將擠壓助劑與硬組分粉末一起加入，直接干燥、并按步驟3所述的條件壓實(shí)和燒結(jié)。
實(shí)施例1按照下述方式制備WC-6％Co摻碳的碳化物粉末混合物將72.36克硝酸鈷六水合物(Co(NO3)2.6H2O)和62.26克乙酸鈷四水合物(Co(C2H3O2).4H2O)，硝酸鹽/乙酸鹽的比例為7/6，的混合物溶于800ml甲醇中。攪拌下加入36.1ml三乙醇胺((C2H5O)3N)(0.5摩爾TEA/摩爾Co))。隨后加入500克噴射研磨的WC粉末，并將溫度升至70℃，在甲醇的蒸發(fā)過程中連續(xù)細(xì)心地?cái)嚢瑁敝粱旌衔镒兊梅浅Ｕ吵?。?dāng)其幾乎變干時(shí)，將面團(tuán)狀的混合物在輕微的壓力下處理和粉碎。
將得到的粉末在約1厘米厚的多孔床燒結(jié)爐中以不同的批處理量和在不同的流動(dòng)氣氛下進(jìn)行燒結(jié)(氣體流速2000l/h)，以10℃/分鐘的升溫速度加熱到700℃，保溫時(shí)間3小時(shí)，冷卻速率為10℃/分鐘。
分析各批量粉末的鈷和碳含量，熱處理的結(jié)果總結(jié)如下批處理 批處理量氣體混合物粉末分析 wt％序號(kg)(N2/H2) Co 總碳量*1 0.2N2(100％) 5.4 6.642 0.2N2(75％)/H2(25％) 5.4 5.793 3.0N2(75％)/H2(25％) 5.4 5.79*化學(xué)計(jì)量碳含量為5.79％(重量)。
進(jìn)行了對比批處理，熱處理是以與以上所述相同的方式進(jìn)行，只是將上述的硝酸鹽/乙酸鹽混合物用134.89克乙酸鈷四水合物(Co(C2H3O2)2.4H2O)替代。分析對比粉末中的鈷和碳含量，熱處理結(jié)果總結(jié)如下批處理 批處理量 氣體混合物 粉末分析wt％序號 (kg) (N2/H2) Co 總碳量*30.2N2(100％) 5.46.6440.2 N2(75％)/H2(25％)5.45.7953.0 N2(75％)/H2(25％)5.45.79*化學(xué)計(jì)量碳含量為5.79％(重量)
權(quán)利要求
1.一種制備涂覆有至少一種鐵族金屬M(fèi)e的硬組分粉末的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟--將低碳含量或不含碳的Men(NO3)m和Men(SO4)m以及其他類似的含有X-基團(tuán)的Men-Xm化合物中的至少一種，優(yōu)選為Me-硝酸鹽，單獨(dú)或與至少一種含有有機(jī)基團(tuán)的Me-鹽溶解于至少一種極性溶劑中，并使其與至少一種含有OH或NR3(R＝H或烷基)官能基的配合物前體配位鍵合而形成一種溶液，其中以Me-鹽的總量計(jì)，所述的低碳含量或不含碳的Me-鹽的用量大于10％，優(yōu)選大于50％，--將硬組分粉末加入上述溶液中，--通過蒸發(fā)溶劑回收上述粉末，--在惰性和/或輕還原氣氛中對上述粉末進(jìn)行熱處理以得到所述的涂覆有至少一種鐵族金屬的硬組分粉末。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的低碳含量或不含碳的Me-鹽含有低于5％(重量)、優(yōu)選低于2％(重量)的碳。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑包括乙醇、乙腈、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亞砜或這些溶劑的混合物，優(yōu)選為甲醇。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的硬組分粉末包括WC、(Ti，W)C、(Ta，Nb)C、(Ti，Ta，Nb)C、(Ti，W)(C，N)，TiC、TaC、NbC、VC和Cr3C2或它們的組合。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的熱處理是在400-1100℃，優(yōu)選為500-900℃下進(jìn)行的。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述的熱處理氣氛包括氮、氫、氬、氦、氨或它們的混合物。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過將涂覆的粉末與其他的涂覆的和/或未涂覆的硬組分粉末和/或粘結(jié)相金屬以及，如果可能的話，碳或鎢混合而形成涂覆粉末的混合物，然后對所得的混合物壓實(shí)并燒結(jié)以形成致密的燒結(jié)體。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的方法,將低碳含量或不含碳的Me
文檔編號B22F1/02GK1198115SQ96197309
公開日1998年11月4日 申請日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月29日
發(fā)明者馬茨·尼格倫, 貢納爾·韋斯廷, 奧薩·?？怂固靥m德 申請人:桑德維克公司