液相共沉淀法制备co-y2o3复合粉及其性能的研究-study on preparation and properties of co - y2o3 composite powder by liquid phase coprecipitation method.docxVIP

摘要钴粉是硬质合金最优良的粘结剂，其粒度和形貌对硬质合金的组织结构与 性能具有重要的影响。球形钴粉具有最低的孔隙度和良好的流动性，与 WC 硬 质相混合时具有良好的可混性，从而有效地减少 WC-Co 硬质合金中生成钴池和 微孔隙的几率。而在 WC-Co 硬质合金中添加适量的稀土氧化物可以提高硬质合 金的硬度、冲击韧性、耐磨性、抗弯强度、合金使用寿命等机械性能。液相共 沉淀法可制备在分子尺度上充分混合的复合粉，制备出的复合粉具有粒度小和 分布均匀等优点。本文采用液相共沉淀法制备 Co-Y2O3 复合粉，在对沉淀体系 和煅烧还原过程的热力学平衡进行分析的基础上，研究 YCl3 含量、CoCl2 浓度、 表面活性剂和 pH 值等实验条件对 Co-Y2O3 复合粉形貌、粒度、分散性和产物沉 淀率的影响，本文得到以下结论：(1) 本文研究 Co(Π)-Y(Ш)-NH3-C2O42--H2O 沉淀体系中各金属离子在水溶液 中的热力学平衡模型，计算并绘制了体系 lg[Me]T-pH 平衡图,全面分析了溶液 pH 值及草酸根总浓度[C]T、铵根总浓度[N]T 对该平衡体系的影响。分析得知：在沉 淀过程中，Co2+和 Y3+离子同时沉淀，且当 pH 值在 1.8～2 附近，产物沉淀率取 得最大值。(2) 从 Gibbs 自由能随温度变化的曲线可知，在常温下草酸钴和草酸钇的分 解反应均可自发进行且为吸热反应，升高温度有利于反应的进行，但晶粒在过 高温度容易长大，实验中选择反应温度为 500oC。从平衡常数对数随温度的变化 曲线可知，在温度为 500oC 时，各反应有较大的反应平衡常数，说明反应已经进 行完全。(3) 不同 YCl3 含量和表面活性剂对 Co-Y2O3 复合粉的形貌有较大影响。当 YCl3 与 CoCl2 摩尔比为 0.014 时 Co-Y2O3 复合粉的形貌呈梅花状；当添加表面活 性剂十二烷基硫酸钠时，得到的 Co-Y2O3 复合粉形貌为类球形，大小均匀，分 散性较好。(4) 不同的 CoCl2 浓度对 Co-Y2O3 复合粉粒度和分散性影响较大。当 CoCl2 浓度从 0.2mol/L 增加到 0.5 mol/L 时，复合粉的平均粒度由 7μm 减小到 4μm， 而且粉末的分散性较好；当 CoCl2 浓度继续增加到 0.8mol/L 时，复合粉的平均I粒度增加到 10μm，粉末的分散性变差。(5) 不同溶液初始 pH 值对最终产物 Co-Y2O3 复合粉的形貌和粒度及其前驱体 沉淀率的有较大影响。随着 pH 值的升高，复合粉形貌由粗棒状向簇球状转变， 且粒度变小，分散性也得到提高。从沉淀率随 pH 值的变化曲线可得知，在 pH 值为 2～2.5 时钴的沉淀率最高。(6) 对 Co-Y2O3 复合粉进行物相分析可知：Co-Y2O3 复合粉中 Co 相为面心立 方结构，添加 Y2O3 微粒子没有造成 Co 相衍射峰位置的偏移；从 DSC 曲线分析 可以看出，随着温度升高，曲线没有明显热峰，其原因是面心立方 Co 相随着温 度升高不再发生相变，这和 XRD 图谱的分析是互为验证的。关键词：液相共沉淀法；热力学；Co-Y2O3 复合粉；粒度；形貌IIABSTRACTCobalt powder is the most excellent cemented carbide binder, which particle size and morphology has an important impact on the structure and properties of cemented carbide. Spherical cobalt powder has the lowest porosity and good liquidity, when blended with WC hard has good miscibility, effectively reduce the WC-Co carbide generated in the cobalt pool and the risk of micro pore. In the WC-Co carbide adding an appropriate amount of rare earth oxide can improve the hardness of cemented carbide, impact toughness, wear resistance, bending strength, such as service life of alloy mechanical properties. The composite powders which fully mixed at