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

摘要

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。

说明书

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