[发明专利]金属复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种制备金属复合材料，例如硬质合金的方法。

美国专利5,505,902披露了一种方法，该方法中，将含有有机基团的至少一种铁族金属的一种或多种金属盐溶于至少一种极性溶剂中并配位键合到至少一种含有OH或NR，(R＝H或烷基)官能基的配合物前体中。将硬组分粉末，以及选择性的可溶性碳源加入到该溶液中。蒸发除去溶剂并将剩下的粉末在情性和/或还原性气氛中进行热处理。结果得到涂覆的硬组分粉末，在加入成型剂后，可按标准方法进行压实和烧结，得到在粘结相中含有硬组分的烧结体。所述方法存在的一个问题是，将大量的(＞1千克)涂覆粉末进行热处理必须在纯氢气中和/或需要不必要的高的气体流速以得到所希望的碳含量，对于硬质合金，碳含量必须保持在一非常窄的范围内。

因此，本发明的目的是提供一种替代上述的美国专利的方法。该方法基本上不用进行氢气还原。

按照本发明方法，上述专利中所述的至少一种有机盐被一种不含或基本上不含碳的盐部分或全部替换。

本发明方法包括下述步骤，其中，Me＝Co、Ni和铁Fe，优选为Co：

1、将碳含量低于5％(重量)、优选为低于2％(重量)、特别优选是不含碳的Me_n(NO₃)_m和Me_n(SO₄)_m的至少一种，优选为Me-硝酸盐，与至少一种含有有机基团的Me-盐，例如羧酸盐、乙酰丙酮化物、含氮有机基团，例如席夫碱，优选是Me-乙酸盐，溶于至少一种极性溶剂，例如乙醇、乙腈、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜以及溶剂的混合物，例如甲醇一乙醇和水-1，2-乙二醇中，优选是甲醇中。以Me-盐的总量计，低碳含量或不含碳Me-盐的用量应大于10％，优选为大于50％。在搅拌下加入三乙醇胺或其他的配合物前体，特别是含有多于2个官能基，即OH或NR₃的分子，其中R＝H或烷基(每摩尔金属0.1-2.0摩尔配合物前体，优选为每摩尔金属的0.5摩尔配合物前体)。

2、将硬组分粉末，例如WC、(Ti，W)C、(Ta，Nb)C、(Ti，Ta，Nb)C、(Ti，W)(C，N)，TiC、TaC、NbC、VC和Cr₃C₂，优选是良好解聚集的，例如喷射研磨过的硬组分粉末在中等搅拌下加入，并升温以加速溶剂的挥发。当混合物变得非常粘稠时，将面团状混合物捏合，并在几乎干燥时平稳粉碎以促进溶剂蒸发(避免存留下溶剂)。

3、将由上述步骤得到的松散的粉末块在情性和/或弱还原气氛中在约400-1100℃、优选是500-900℃进行热处理。为了得到完全还原的粉末，可能需要保温。热处理时间受工艺参数例如粉末床的厚度、批处理量、气体组成以及热处理温度的影响，其是通过实验来确定的。通常使用氮和/或氢，但是也可以使用氩、氦和氨(或其混合物)，由此可使组合物和涂覆层的微结构得到改善。

4、热处理后，将涂覆的粉末单独或与其他的涂覆的硬组分粉末和/或未涂覆的硬组分粉末和/或粘结相金属以及，如果可能的话，碳或钨与成型助剂在乙醇中混合以形成浆液，得到所希望的组合物。随后将浆液干燥，以常用的方式压实并烧结，得到硬组分在粘结相中的烧结体。

大部分的溶剂可以回收，这对于工业规模的生产来说是非常重要的。

另一种选择是，可在步骤2中将成型助剂与硬组分粉末一起加入，直接干燥、并按步骤3所述的条件压实和烧结。

实施例1

按照下述方式制备WC-6％ Co硬质合金粉末混合物：将72.36克硝酸钴六水合物(Co(NO₃)₂·6H₂O)和62.26克乙酸钴四水合物(Co(C₂H₃O₂)·4H₂O)，硝酸盐/乙酸盐的比例为7/6，的混合物溶于800ml甲醇中。搅拌下加入36.1ml三乙醇胺((C₂H₅O)₃N)(0.5摩尔TEA/摩尔Co))。随后加入500克喷射研磨的WC粉末，并将温度升至70℃，在甲醇的蒸发过程中连续细心地搅拌，直至混合物变得非常粘稠。当其几乎变干时，将面团状的混合物在轻微的压力下处理和粉碎。