一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及硬質(zhì)合金用鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末的制備方法；本發(fā)明采用氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液為原料，通過鉭、鈮水解共沉積、煅燒、還原-碳化一體化工藝，開發(fā)、生產(chǎn)出的新型鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末產(chǎn)品，供各類硬質(zhì)合金生產(chǎn)使用。本發(fā)明制備工藝過程簡單，實現(xiàn)了鉭、鈮元素原子級的混合均勻度，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，固溶度極高，便于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。同時本發(fā)明所制備的鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末能很好用于制備優(yōu)質(zhì)的硬質(zhì)合金。
【專利說明】一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及硬質(zhì)合金用鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末的制備方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末主要應(yīng)用領(lǐng)域為硬質(zhì)合金的生產(chǎn)原料，其作用之一是作為硬質(zhì)合金的晶粒生長抑制劑，添加鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末后可以抑制硬質(zhì)合金燒結(jié)過程中晶粒的長大；同時亦可改善金屬鈷對碳化物的潤濕性，大幅度提高合金的強度、耐熱震性和抗氧化性，減少對于熱裂紋的敏感性，也可提高合金在高溫下的抗塑性變形能力。添加了鉭鈮復(fù)合碳化物的WC-TiC-TaC(NbC)-Co系合金又稱為通用合金，既可以加工鑄鐵和有色金屬，又可以切削加工鋼材和各種高合金鋼、耐熱合金、特硬鑄鐵、合金鑄鐵等難加工材料，是切鋼合金中十分重要的一類工具材料。
[0003]生產(chǎn)實踐證明，對于鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末的基本要求是:粒度要小而均勻、純度要高、固溶度要高、游離碳要低、氧含量及其他雜志含量要低、應(yīng)全面符合國標GB/T26061-2010要求等等。為此，本發(fā)明提供一種采用氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液為原料，通過鉭、鈮水解共沉積、煅燒、還原-碳化一體化工藝，開發(fā)、生產(chǎn)出的新型鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末產(chǎn)品，供各類硬質(zhì)合金生產(chǎn)使用。新型鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末制備工藝過程簡單，實現(xiàn)了鉭 、鈮元素原子級的混合均勻度，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異，固溶度極高。為生產(chǎn)各類高質(zhì)量硬質(zhì)合金提供了新的物質(zhì)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種以氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液為原料，通過鉭、鈮水解共沉積、煅燒、還原-碳化一體化工藝制備鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末的方法。
[0005]本發(fā)明一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，其實施方案為:
[0006]按Ta與Nb的質(zhì)量比為17-85.9:7.5-72.5，配取氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液，將所配取的氟鉭酸溶液與氟氧鈮酸混合均勻后，通過通入氨氣來控制混合液的pH值為8~9，攪拌直至反應(yīng)完全，過濾，煅燒濾渣得到五氧化二鉭與五氧化二鈮的混合產(chǎn)物，然后按100~105公斤混合產(chǎn)物加入23~39公斤炭黑的比例，將炭黑加入到混合產(chǎn)物中混合均勻后，在1850~1950°C進行還原-碳化處理2-4小時，得到硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末；所述煅燒的溫度為800~900°C。在實際生產(chǎn)過程中，按照國標GB/T26061-2010中的對各牌號鉭鈮復(fù)合碳化物粉末中的Ta與Nb的質(zhì)量比，配取氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液；所用氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液一般來源于萃取分離鉭、鈮工序反萃時所得的氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液；所述氟鉭酸溶液中鉭的濃度為32.5-49.5g/l，換算成Ta2O5的濃度則為40~60g/L ;所述氟氧鈮酸溶液中鈮的濃度為52_70g/l，換算成Nb2O5的濃度則為75~100g/L ;通入氨氣時，混合溶液發(fā)生如下反應(yīng):
[0007]H2TaF7+7NH3+5H20=Ta (OH) 5 丨 +7NH4F
[0008]H2Nb0F5+5NH3+4H20=Nb (OH) 5 丨 +5NH4F
[0009]得到白色的沉淀物。
[0010]本發(fā)明一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，過濾后，濾渣用60-70 0C的熱水洗滌至中性，并干燥、脫水。
[0011]本發(fā)明一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，煅燒后，得到鉭、鈮五氧化物。
[0012]本發(fā)明一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，將炭黑加入到混合產(chǎn)物中后，在雙錐混料器混合4~8小時。雙錐混料器一般每次混料控制在120~145公斤。
[0013]本發(fā)明一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，還原、碳化工序的溫度為1850~1950°C，歷時3小時，冷卻出爐。
[0014]本發(fā)明一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，由還原、碳化過程產(chǎn)生的一氧化碳氣體起到維持反應(yīng)還原氣氛的作用，并由爐尾排出，點火排放。
[0015]原理及優(yōu)勢
[0016]本發(fā)明以氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液為原料，通過鉭、鈮液相熱水解共沉積，得到鉭元素、鈮元素原子級別混合的Ta(OH)5和Nb(OH)5 ;由于嚴格控制了熱水解共沉積過程中的pH值以及氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液的濃度使得所生成的Ta (OH) 5和Nb (OH) 5細小而均勻，這兩點為后續(xù)生產(chǎn)出粒度細小而均勻、純度要高、固溶度高的產(chǎn)品提供了必要條件；嚴格控制炭黑的加入比例以及還原-碳化處理的溫度和時間，這既保證了所得產(chǎn)品的純度、固溶度、游離碳含量以及氧含量，又使得所得產(chǎn)品的粒度控制在一個合理的范圍之內(nèi)；總之本發(fā)明以氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液為原料，通過鉭元素、鈮元素原子級別混合，通過嚴格控制炭黑的加入比例以及還原-碳化處理的溫度和時間，實現(xiàn)了五氧化二鉭與五氧化二鈮的協(xié)同作用，制備出了粒度細小而均勻、純度高、固溶高、游離碳含量低、氧含量低的產(chǎn)品。
【具體實施方式】:
[0017]實施例1:
[0018]一種用于硬質(zhì)合金的按國標GB/T26061-2010中的牌號FTNC90/10要求的鉭鈮復(fù)合碳化物粉末制備工藝，具體實施方案:
[0019]I)將萃取分離鉭、鈮工序反萃時所得的鉭液(H2TaF7)濃度為含Ta20550g/L氟鉭酸溶液1030升，和反萃時所得的鈮液(H2NbOF5)濃度為含Nb20580g/L氟氧鈮酸溶液79升，放入沉淀槽內(nèi)，在不斷攪拌的條件下，通入氨氣，使溶液PH=S~9，使之同時生成鉭、鈮氫氧化物白色沉淀。
[0020]2)將步驟I)所得的沉淀物過濾，并用60_70°C的熱水洗滌至中性，再過濾成濾餅。
[0021]3)將步驟2)所得的濾餅在蒸汽烘干箱中烘干、脫水。
[0022]4)將步驟3)所得的鉭、鈮氫氧化物在煅燒爐內(nèi)于800~900°C下煅燒成鉭、鈮五氧化物。
[0023]5)將步驟4)所得的鉭、鈮五氧化物100公斤和20~20.5公斤的炭黑，裝入雙錐混料器中混合4~6小時。
[0024]6)將步驟5)所得的混合料裝舟，送人碳管爐中，控制爐溫1950°C，推舟速度為舟/ 25分鐘，進行還原、碳化，在還原、碳化作業(yè)中，由還原、碳化過程產(chǎn)生的一氧化碳氣體自身保護，并由爐尾排出，點火排放。
[0025]7)所得產(chǎn)品的牌號為國標GB/T26061-2010中的FTNC90/10，技術(shù)指標見表1。
[0026]實施例2:
[0027]一種用于硬質(zhì)合金的按國標GB/T26061-2010中的牌號FTNC80/20要求的鉭鈮復(fù)合碳化物粉末制備工藝，具體實施方案:
[0028]I)將萃取分離鉭、鈮工序反萃時所得的鉭液(H2TaF7)濃度為含Ta20558g/L氟鉭酸溶液790立升，和反萃時所得的鈮液(H2NbOF5)濃度為含Nb20585g/L氟氧鈮酸溶液149立升，放入沉淀槽內(nèi)，在不斷攪拌的條件下，通入氨氣，使溶液PH=S~9，使之同時生成鉭、鈮氫氧化物白色沉淀。
[0029]2)將步驟I)所得的沉淀物過濾，并用60_70°C的熱水洗滌至中性，再過濾成濾餅。
[0030]3)將步驟2)所得的濾餅在蒸汽烘干箱中烘干、脫水。
[0031]4)將步驟3)所得的鉭、鈮氫氧化物在煅燒爐內(nèi)于800~900°C下煅燒成鉭、鈮五氧化物。
[0032]5)將步驟4)所 得的鉭、鈮五氧化物100公斤和21.5~22.0公斤的炭黑，裝入雙錐混料器中混合4~6小時。
[0033]6)將步驟5)所得的混合料裝舟，送人碳管爐中，控制爐溫1950°C，推舟速度為舟/ 25分鐘，進行還原、碳化，在還原、碳化作業(yè)中，由還原、碳化過程產(chǎn)生的一氧化碳氣體自身保護，并由爐尾排出，點火排放。
[0034]7)所得產(chǎn)品的牌號為國標GB/T26061-2010中的FTNC80/20，技術(shù)指標見表1。
[0035]實施例3:
[0036]一種用于硬質(zhì)合金的按國標GB/T26061-2010中的牌號FTNC70/30要求的鉭鈮復(fù)合碳化物粉末制備工藝，具體實施方案:
[0037]I)將萃取分離鉭、鈮工序反萃時所得的鉭液(H2TaF7)濃度為含Ta20556g/L氟鉭酸溶液716立升，和反萃時所得的鈮液(H2NbOF5)濃度為含Nb20575g/L氟氧鈮酸溶液253立升，放入沉淀槽內(nèi)，在不斷攪拌的條件下，通入氨氣，使溶液PH=S~9，使之同時生成鉭、鈮氫氧化物白色沉淀。
[0038]2)將步驟I)所得的沉淀物過濾，并用60_70°C的熱水洗滌至中性，再過濾成濾餅。
[0039]3)將步驟2)所得的濾餅在蒸汽烘干箱中烘干、脫水。
[0040]4)將步驟3)所得的鉭、鈮氫氧化物在煅燒爐內(nèi)于800~900°C下煅燒成鉭、鈮五氧化物。
[0041]5)將步驟4)所得的鉭、鈮五氧化物100公斤和22.7~23.2公斤的炭黑，裝入雙錐混料器中混合4~6小時。
[0042]6)將步驟5)所得的混合料裝舟，送人碳管爐中，控制爐溫1900°C，推舟速度為舟/ 30分鐘，進行還原、碳化，在還原、碳化作業(yè)中，由還原、碳化過程產(chǎn)生的一氧化碳氣體自身保護，并由爐尾排出，點火排放。
[0043]7)所得產(chǎn)品的牌號為國標GB/T26061-2010中的FTNC70/30，技術(shù)指標見表1。[0044]實施例4:
[0045]一種用于硬質(zhì)合金的按國標GB/T26061-2010中的牌號FTNC50/50要求的鉭鈮復(fù)合碳化物粉末制備工藝，具體實施方案:
[0046]1)將萃取分離鉭、鈮工序反萃時所得的鉭液(H2TaF7)濃度為含Ta20545g/L氟鉭酸溶液636立升，和反萃時所得的鈮液(H2NbOF5)濃度為含Nb20582g/L氟氧鈮酸溶液386立升，放入沉淀槽內(nèi)，在不斷攪拌的條件下，通入氨氣，使溶液PH=S~9，使之同時生成鉭、鈮氫氧化物白色沉淀。
[0047]2)將步驟I)所得的沉淀物過濾，并用60_70°C的熱水洗滌至中性，再過濾成濾餅。
[0048]3)將步驟2)所得的濾餅在蒸汽烘干箱中烘干、脫水。
[0049]4)將步驟3)所得的鉭、鈮氫氧化物在煅燒爐內(nèi)于800~900°C下煅燒成鉭、鈮五氧化物。
[0050]5)將步驟4)所得的鉭、鈮五氧化物100公斤和25.5~26公斤的炭黑，裝入雙錐混料器中混合4~6小時。
[0051]6)將步驟5)所得的混合料裝舟，送人碳管爐中，控制爐溫1900°C，推舟速度為舟/ 30分鐘，進行還原、碳化，在還原、碳化作業(yè)中，由還原、碳化過程產(chǎn)生的一氧化碳氣體自身保護，并由爐尾排出，點火排放。
[0052]7)所得產(chǎn)品的牌號為國標GB/T26061-2010中的FTNC50/50，技術(shù)指標見表1。
[0053]實施例5:
[0054]一種用于硬質(zhì)合金的按國標GB/T26061-2010中的牌號FTNC30/70要求的鉭鈮復(fù)合碳化物粉末制備工藝，具體實施方案:
[0055]1)將萃取分離鉭、鈮工序反萃時所得的鉭液(H2TaF7)濃度為含Ta20551g/L氟鉭酸溶液337立升，和反萃時所得的鈮液(H2NbOF5)濃度為含Nb20588g/L氟氧鈮酸溶液50位升，放入沉淀槽內(nèi)，在不斷攪拌的條件下，通入氨氣，使溶液PH=S~9，使之同時生成鉭、鈮氫氧化物白色沉淀。
[0056]2)將步驟I)所得的沉淀物過濾，并用60_70°C的熱水洗滌至中性，再過濾成濾餅。
[0057]3)將步驟2)所得的濾餅在蒸汽烘干箱中烘干、脫水。
[0058]4)將步驟3)所得的鉭、鈮氫氧化物在煅燒爐內(nèi)于800~900°C下煅燒成鉭、鈮五氧化物。
[0059]5)將步驟4)所得的鉭、鈮五氧化物100公斤和28.0~28.5公斤的炭黑，裝入雙錐混料器中混合4~6小時。
[0060]6)將步驟5)所得的混合料裝舟，送人碳管爐中，控制爐溫1950°C，推舟速度為舟/ 25分鐘，進行還原、碳化，在還原、碳化作業(yè)中，由還原、碳化過程產(chǎn)生的一氧化碳氣體自身保護，并由爐尾排出，點火排放。
[0061]7)所得產(chǎn)品的牌號為國標GB/T26061-2010中的FTNC30/70，技術(shù)指標見表1。
[0062]實施例6:
[0063]一種用于硬質(zhì)合金的按國標GB/T26061-2010中的牌號FTNC20/80要求的鉭鈮復(fù)合碳化物粉末制備工藝，具體實施方案:
[0064]1)將萃取分離鉭、鈮工序反萃時所得的鉭液(H2TaF7)濃度為含Ta20542g/L氟鉭酸溶液272立升，和反萃時所得的鈮液(H2NbOF5)濃度為含Nb20592g/L氟氧鈮酸溶液551立升，放入沉淀槽內(nèi)，在不斷攪拌的條件下，通入氨氣，使溶液PH=8~9，使之同時生成鉭、鈮氫氧化物白色沉淀。
[0065]2)將步驟I)所得的沉淀物過濾，并用60_70°C的熱水洗滌至中性，再過濾成濾餅。
[0066]3)將步驟2)所得的濾餅在蒸汽烘干箱中烘干、脫水。
[0067]4)將步驟3)所得的鉭、鈮氫氧化物在煅燒爐內(nèi)于800~900°C下煅燒成鉭、鈮五氧化物。
[0068]5)將步驟4)所得的鉭、鈮五氧化物100公斤和29.0~29.5公斤的炭黑，裝入雙錐混料器中混合4~6小時。
[0069]6)將步驟5)所得的混合料裝舟，送人碳管爐中，控制爐溫1950°C，推舟速度為舟/ 25分鐘，進行還原、碳化，在還原、碳化作業(yè)中，由還原、碳化過程產(chǎn)生的一氧化碳氣體自身保護，并由爐尾排出，點火排放。
[0070]7)所得產(chǎn)品的牌號為國標GB/T26061-2010中的FTNC10/90，技術(shù)指標見表1。
[0071]表1:國標GB/T26061-2010中鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末技術(shù)指標
[0072]
【權(quán)利要求】
1.一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，其特征在于包括下述步驟: 按Ta與Nb的質(zhì)量比為17-85.9:7.5-72.5，配取氟鉭酸溶液和氟氧鈮酸溶液，將所配取的氟鉭酸溶液與氟氧鈮酸混合均勻后，通過通入氨氣來控制混合液的PH值為8~9，攪拌直至反應(yīng)完全，過濾，煅燒濾渣得到五氧化二鉭與五氧化二鈮的混合產(chǎn)物，然后按100~105公斤混合產(chǎn)物加入23~39公斤炭黑的比例，將炭黑加入到混合產(chǎn)物中混合均勻后，在1850~1950°C進行還原-碳化處理2-4小時，得到硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物(TaC-NbC)粉末；所述煅燒的溫度為800~900°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，其特征在于:所述氟鉭酸溶液中鉭的濃度為32.5-49.5g/l ;所述氟氧鈮酸溶液中鈮的濃度為52-70g/l。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，其特征在于:過濾后，濾渣用60-70°C的熱水洗滌至中性，并干燥、脫水。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硬質(zhì)合金生產(chǎn)用鉭鈮復(fù)合碳化物粉末的制備方法，其特征在于:將炭黑加入到混合 產(chǎn)物中后，在雙錐混料器混合4~8小時。
【文檔編號】C04B35/56GK103820693SQ201410040284
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】盛學智, 易祖成, 甘棋文, 曾孟, 廖彪 申請人:湖南海云冶金材料有限公司