CN103820693B - 一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末的制备方法 - Google Patents
一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于硬质合金生产技术领域,具体涉及硬质合金用钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末的制备方法;本发明采用氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液为原料,通过钽、铌水解共沉积、煅烧、还原-碳化一体化工艺,开发、生产出的新型钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末产品,供各类硬质合金生产使用。本发明制备工艺过程简单,实现了钽、铌元素原子级的混合均匀度,产品质量优异,固溶度极高,便于实现工业化生产。同时本发明所制备的钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末能很好用于制备优质的硬质合金。
Description
技术领域:
本发明属于硬质合金生产技术领域,具体涉及硬质合金用钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末的制备方法。
背景技术:
钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末主要应用领域为硬质合金的生产原料,其作用之一是作为硬质合金的晶粒生长抑制剂,添加钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末后可以抑制硬质合金烧结过程中晶粒的长大;同时亦可改善金属钴对碳化物的润湿性,大幅度提高合金的强度、耐热震性和抗氧化性,减少对于热裂纹的敏感性,也可提高合金在高温下的抗塑性变形能力。添加了钽铌复合碳化物的WC-TiC-TaC(NbC)-Co系合金又称为通用合金,既可以加工铸铁和有色金属,又可以切削加工钢材和各种高合金钢、耐热合金、特硬铸铁、合金铸铁等难加工材料,是切钢合金中十分重要的一类工具材料。
生产实践证明,对于钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末的基本要求是:粒度要小而均匀、纯度要高、固溶度要高、游离碳要低、氧含量及其他杂志含量要低、应全面符合国标GB/T26061-2010要求等等。为此,本发明提供一种采用氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液为原料,通过钽、铌水解共沉积、煅烧、还原-碳化一体化工艺,开发、生产出的新型钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末产品,供各类硬质合金生产使用。新型钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末制备工艺过程简单,实现了钽、铌元素原子级的混合均匀度,产品质量优异,固溶度极高。为生产各类高质量硬质合金提供了新的物质基础。
发明内容:
针对现有技术的不足,本发明提供一种以氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液为原料,通过钽、铌水解共沉积、煅烧、还原-碳化一体化工艺制备钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末的方法。
本发明一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物粉末的制备方法,其实施方案为:
按Ta与Nb的质量比为17-85.9:7.5-72.5,配取氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液,将所配取的氟钽酸溶液与氟氧铌酸混合均匀后,通过通入氨气来控制混合液的pH值为8~9,搅拌直至反应完全,过滤,煅烧滤渣得到五氧化二钽与五氧化二铌的混合产物,然后按100~105公斤混合产物加入23~39公斤炭黑的比例,将炭黑加入到混合产物中混合均匀后,在1850~1950℃进行还原-碳化处理2-4小时,得到硬质合金生产用钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末;所述煅烧的温度为800~900℃。在实际生产过程中,按照国标GB/T26061-2010中的对各牌号钽铌复合碳化物粉末中的Ta与Nb的质量比,配取氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液;所用氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液一般来源于萃取分离钽、铌工序反萃时所得的氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液;所述氟钽酸溶液中钽的浓度为32.5-49.5g/l,换算成Ta2O5的浓度则为40~60g/L;所述氟氧铌酸溶液中铌的浓度为52-70g/l,换算成Nb2O5的浓度则为75~100g/L;通入氨气时,混合溶液发生如下反应:
H2TaF7+7NH3+5H2O=Ta(OH)5↓+7NH4F
H2NbOF5+5NH3+4H2O=Nb(OH)5↓+5NH4F
得到白色的沉淀物。
本发明一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物粉末的制备方法,过滤后,滤渣用60-70℃的热水洗涤至中性,并干燥、脱水。
本发明一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物粉末的制备方法,煅烧后,得到钽、铌五氧化物。
本发明一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物粉末的制备方法,将炭黑加入到混合产物中后,在双锥混料器混合4~8小时。双锥混料器一般每次混料控制在120~145公斤。
本发明一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物粉末的制备方法,还原、碳化工序的温度为1850~1950℃,历时3小时,冷却出炉。
本发明一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物粉末的制备方法,由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体起到维持反应还原气氛的作用,并由炉尾排出,点火排放。
原理及优势
本发明以氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液为原料,通过钽、铌液相热水解共沉积,得到钽元素、铌元素原子级别混合的Ta(OH)5和Nb(OH)5;由于严格控制了热水解共沉积过程中的pH值以及氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液的浓度使得所生成的Ta(OH)5和Nb(OH)5细小而均匀,这两点为后续生产出粒度细小而均匀、纯度要高、固溶度高的产品提供了必要条件;严格控制炭黑的加入比例以及还原-碳化处理的温度和时间,这既保证了所得产品的纯度、固溶度、游离碳含量以及氧含量,又使得所得产品的粒度控制在一个合理的范围之内;总之本发明以氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液为原料,通过钽元素、铌元素原子级别混合,通过严格控制炭黑的加入比例以及还原-碳化处理的温度和时间,实现了五氧化二钽与五氧化二铌的协同作用,制备出了粒度细小而均匀、纯度高、固溶高、游离碳含量低、氧含量低的产品。
具体实施方式:
实施例1:
一种用于硬质合金的按国标GB/T26061-2010中的牌号FTNC90/10要求的钽铌复合碳化物粉末制备工艺,具体实施方案:
1)将萃取分离钽、铌工序反萃时所得的钽液(H2TaF7)浓度为含Ta2O550g/L氟钽酸溶液1030升,和反萃时所得的铌液(H2NbOF5)浓度为含Nb2O580g/L氟氧铌酸溶液79升,放入沉淀槽内,在不断搅拌的条件下,通入氨气,使溶液PH=8~9,使之同时生成钽、铌氢氧化物白色沉淀。
2)将步骤1)所得的沉淀物过滤,并用60-70℃的热水洗涤至中性,再过滤成滤饼。
3)将步骤2)所得的滤饼在蒸汽烘干箱中烘干、脱水。
4)将步骤3)所得的钽、铌氢氧化物在煅烧炉内于800~900℃下煅烧成钽、铌五氧化物。
5)将步骤4)所得的钽、铌五氧化物100公斤和20~20.5公斤的炭黑,装入双锥混料器中混合4~6小时。
6)将步骤5)所得的混合料装舟,送人碳管炉中,控制炉温1950℃,推舟速度为舟/25分钟,进行还原、碳化,在还原、碳化作业中,由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体自身保护,并由炉尾排出,点火排放。
7)所得产品的牌号为国标GB/T26061-2010中的FTNC90/10,技术指标见表1。
实施例2:
一种用于硬质合金的按国标GB/T26061-2010中的牌号FTNC80/20要求的钽铌复合碳化物粉末制备工艺,具体实施方案:
1)将萃取分离钽、铌工序反萃时所得的钽液(H2TaF7)浓度为含Ta2O558g/L氟钽酸溶液790立升,和反萃时所得的铌液(H2NbOF5)浓度为含Nb2O585g/L氟氧铌酸溶液149立升,放入沉淀槽内,在不断搅拌的条件下,通入氨气,使溶液PH=8~9,使之同时生成钽、铌氢氧化物白色沉淀。
2)将步骤1)所得的沉淀物过滤,并用60-70℃的热水洗涤至中性,再过滤成滤饼。
3)将步骤2)所得的滤饼在蒸汽烘干箱中烘干、脱水。
4)将步骤3)所得的钽、铌氢氧化物在煅烧炉内于800~900℃下煅烧成钽、铌五氧化物。
5)将步骤4)所得的钽、铌五氧化物100公斤和21.5~22.0公斤的炭黑,装入双锥混料器中混合4~6小时。
6)将步骤5)所得的混合料装舟,送人碳管炉中,控制炉温1950℃,推舟速度为舟/25分钟,进行还原、碳化,在还原、碳化作业中,由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体自身保护,并由炉尾排出,点火排放。
7)所得产品的牌号为国标GB/T26061-2010中的FTNC80/20,技术指标见表1。
实施例3:
一种用于硬质合金的按国标GB/T26061-2010中的牌号FTNC70/30要求的钽铌复合碳化物粉末制备工艺,具体实施方案:
1)将萃取分离钽、铌工序反萃时所得的钽液(H2TaF7)浓度为含Ta2O556g/L氟钽酸溶液716立升,和反萃时所得的铌液(H2NbOF5)浓度为含Nb2O575g/L氟氧铌酸溶液253立升,放入沉淀槽内,在不断搅拌的条件下,通入氨气,使溶液PH=8~9,使之同时生成钽、铌氢氧化物白色沉淀。
2)将步骤1)所得的沉淀物过滤,并用60-70℃的热水洗涤至中性,再过滤成滤饼。
3)将步骤2)所得的滤饼在蒸汽烘干箱中烘干、脱水。
4)将步骤3)所得的钽、铌氢氧化物在煅烧炉内于800~900℃下煅烧成钽、铌五氧化物。
5)将步骤4)所得的钽、铌五氧化物100公斤和22.7~23.2公斤的炭黑,装入双锥混料器中混合4~6小时。
6)将步骤5)所得的混合料装舟,送人碳管炉中,控制炉温1900℃,推舟速度为舟/30分钟,进行还原、碳化,在还原、碳化作业中,由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体自身保护,并由炉尾排出,点火排放。
7)所得产品的牌号为国标GB/T26061-2010中的FTNC70/30,技术指标见表1。
实施例4:
一种用于硬质合金的按国标GB/T26061-2010中的牌号FTNC50/50要求的钽铌复合碳化物粉末制备工艺,具体实施方案:
1)将萃取分离钽、铌工序反萃时所得的钽液(H2TaF7)浓度为含Ta2O545g/L氟钽酸溶液636立升,和反萃时所得的铌液(H2NbOF5)浓度为含Nb2O582g/L氟氧铌酸溶液386立升,放入沉淀槽内,在不断搅拌的条件下,通入氨气,使溶液PH=8~9,使之同时生成钽、铌氢氧化物白色沉淀。
2)将步骤1)所得的沉淀物过滤,并用60-70℃的热水洗涤至中性,再过滤成滤饼。
3)将步骤2)所得的滤饼在蒸汽烘干箱中烘干、脱水。
4)将步骤3)所得的钽、铌氢氧化物在煅烧炉内于800~900℃下煅烧成钽、铌五氧化物。
5)将步骤4)所得的钽、铌五氧化物100公斤和25.5~26公斤的炭黑,装入双锥混料器中混合4~6小时。
6)将步骤5)所得的混合料装舟,送人碳管炉中,控制炉温1900℃,推舟速度为舟/30分钟,进行还原、碳化,在还原、碳化作业中,由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体自身保护,并由炉尾排出,点火排放。
7)所得产品的牌号为国标GB/T26061-2010中的FTNC50/50,技术指标见表1。
实施例5:
一种用于硬质合金的按国标GB/T26061-2010中的牌号FTNC30/70要求的钽铌复合碳化物粉末制备工艺,具体实施方案:
1)将萃取分离钽、铌工序反萃时所得的钽液(H2TaF7)浓度为含Ta2O551g/L氟钽酸溶液337立升,和反萃时所得的铌液(H2NbOF5)浓度为含Nb2O588g/L氟氧铌酸溶液504立升,放入沉淀槽内,在不断搅拌的条件下,通入氨气,使溶液PH=8~9,使之同时生成钽、铌氢氧化物白色沉淀。
2)将步骤1)所得的沉淀物过滤,并用60-70℃的热水洗涤至中性,再过滤成滤饼。
3)将步骤2)所得的滤饼在蒸汽烘干箱中烘干、脱水。
4)将步骤3)所得的钽、铌氢氧化物在煅烧炉内于800~900℃下煅烧成钽、铌五氧化物。
5)将步骤4)所得的钽、铌五氧化物100公斤和28.0~28.5公斤的炭黑,装入双锥混料器中混合4~6小时。
6)将步骤5)所得的混合料装舟,送人碳管炉中,控制炉温1950℃,推舟速度为舟/25分钟,进行还原、碳化,在还原、碳化作业中,由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体自身保护,并由炉尾排出,点火排放。
7)所得产品的牌号为国标GB/T26061-2010中的FTNC30/70,技术指标见表1。
实施例6:
一种用于硬质合金的按国标GB/T26061-2010中的牌号FTNC20/80要求的钽铌复合碳化物粉末制备工艺,具体实施方案:
1)将萃取分离钽、铌工序反萃时所得的钽液(H2TaF7)浓度为含Ta2O542g/L氟钽酸溶液272立升,和反萃时所得的铌液(H2NbOF5)浓度为含Nb2O592g/L氟氧铌酸溶液551立升,放入沉淀槽内,在不断搅拌的条件下,通入氨气,使溶液PH=8~9,使之同时生成钽、铌氢氧化物白色沉淀。
2)将步骤1)所得的沉淀物过滤,并用60-70℃的热水洗涤至中性,再过滤成滤饼。
3)将步骤2)所得的滤饼在蒸汽烘干箱中烘干、脱水。
4)将步骤3)所得的钽、铌氢氧化物在煅烧炉内于800~900℃下煅烧成钽、铌五氧化物。
5)将步骤4)所得的钽、铌五氧化物100公斤和29.0~29.5公斤的炭黑,装入双锥混料器中混合4~6小时。
6)将步骤5)所得的混合料装舟,送人碳管炉中,控制炉温1950℃,推舟速度为舟/25分钟,进行还原、碳化,在还原、碳化作业中,由还原、碳化过程产生的一氧化碳气体自身保护,并由炉尾排出,点火排放。
7)所得产品的牌号为国标GB/T26061-2010中的FTNC10/90,技术指标见表1。
表1:国标GB/T26061-2010中钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末技术指标
Claims (3)
1.一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物粉末的制备方法,其特征在于包括下述步骤:
按Ta与Nb的质量比为17-85.9:7.5-72.5,配取氟钽酸溶液和氟氧铌酸溶液,将所配取的氟钽酸溶液与氟氧铌酸混合均匀后,通过通入氨气来控制混合液的pH值为8~9,搅拌直至反应完全,过滤,煅烧滤渣得到五氧化二钽与五氧化二铌的混合产物,然后按100~105公斤混合产物加入23~39公斤炭黑的比例,将炭黑加入到混合产物中混合均匀后,在1850~1950℃进行还原-碳化处理2-4小时,得到硬质合金生产用钽铌复合碳化物(TaC-NbC)粉末;所述煅烧的温度为800~900℃;
所述氟钽酸溶液中钽的浓度为32.5-49.5g/L;所述氟氧铌酸溶液中铌的浓度为52-70g/L。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物粉末的制备方法,其特征在于:过滤后,滤渣用60-70℃的热水洗涤至中性,并干燥、脱水。
3.根据权利要求1所述的一种硬质合金生产用钽铌复合碳化物粉末的制备方法,其特征在于:将炭黑加入到混合产物中后,在双锥混料器混合4~8小时。
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