中國(guó)粉體網(wǎng)訊 鈷粉由于其優(yōu)良的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于硬質(zhì)合金、石油化工催化劑、電子器件、特種工具、磁性材料、電池和貯氫合金電極等，并且在催化劑、磁性材料、吸波材料、陶瓷材料等領(lǐng)域的應(yīng)用中表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能。
硬質(zhì)合金材料主要用作燃汽輪機(jī)的葉片、葉輪、導(dǎo)管、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈的部件和化工設(shè)備中各種高負(fù)荷的耐熱部件以及原子能工業(yè)的重要金屬材料。作為硬質(zhì)合金材料的關(guān)鍵原料鈷粉，其性能決定了超硬合金材料的粘結(jié)性能、強(qiáng)度和韌性，對(duì)超硬合金材料的使用性能至關(guān)重要。
目前，硬質(zhì)合金行業(yè)用鈷粉的費(fèi)氏粒度在1.0~1.5μm，微觀形貌為枝狀，隨著硬質(zhì)合金行業(yè)的發(fā)展，對(duì)鈷粉的物理性能如粒度、粒度分布、微觀形貌等提出了更高的要求，粒度要求越來(lái)越細(xì)（費(fèi)氏粒度小于1.0μm），形貌要求為球形或類(lèi)球形。為了制備與納米WC粉匹配使用的球形超細(xì)鈷粉，多元醇法、γ射線輻照法、微乳液法、高壓氫還原法、聯(lián)氨液相還原法等鈷粉制備新工藝不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)。
高壓水霧法
水霧法應(yīng)用較為廣泛，此方法是使用壓力為5~50 MP的高壓水流直接擊碎液體金屬或合金而制得粉體的一種物理制粉法。其工藝流程：?jiǎn)?dòng)感應(yīng)爐和高壓水霧化制粉裝置并將稱(chēng)量好的鈷塊置入其中進(jìn)行熔化，將熔化得到的金屬液倒入漏包爐經(jīng)底部漏嘴流出，進(jìn)入霧化裝置，此時(shí)環(huán)孔噴嘴的高壓水將其碎成無(wú)數(shù)細(xì)小液珠，小液珠經(jīng)過(guò)冷凝，形成水、粉混合物并流入霧化筒體下方的穩(wěn)流器中，制得濕粉，最后經(jīng)過(guò)脫水、干燥處理得到納米鈷粉。
水霧法制備鈷粉的工藝流程圖
電解法
電解法制備金屬鈷粉的原理是利用電解鈷板做陽(yáng)極，高度拋光的不銹鋼水套做陰極，電解液一般為氯化鈷或硫酸鈷水溶液。向電解槽中通入直流電，電解液發(fā)生電離，此時(shí)鈷離子聚集在陰極處并放電沉積，形成鈷粉，為了防止鈷粉發(fā)生團(tuán)聚，通常向電解液中加入適量的表面活性劑。
高溫?zé)崃呀夥?/strong>
目前，在生產(chǎn)硬質(zhì)合金用鈷粉工藝領(lǐng)域中，高溫?zé)崃呀夥ㄊ菄?guó)際上較流行且相對(duì)成熟的方法。其基本原理是利用草酸鈷在隔絕空氣和高溫的條件下，能裂解成鈷粉和二氧化碳的性質(zhì)制備金屬鈷粉；其工藝步驟主要是：首先采用純鹽酸溶液將高純的電解鈷片或鈷粒溶解成含有鈷離子的溶液，向溶液中加入用草酸或草酸氨，草酸根離子遇到鈷離子發(fā)生反應(yīng)，生成白色沉淀物草酸鈷，再將草酸鈷干燥脫水，最后將草酸鈷置于隔絕空氣的密閉容器中裂解成鈷粉和二氧化碳。
密閉裂解制備鈷粉的工藝流程圖
此法制備的鈷粉純度高、粒度細(xì)小，形貌為球形或類(lèi)球形，滿足硬質(zhì)合金生產(chǎn)的需要，可以提升硬質(zhì)合金產(chǎn)品的綜合性能。據(jù)報(bào)道，世界上提供硬質(zhì)合金用鈷粉最大工廠之一的芬蘭Outokumpu Kokkolar廠較早使用此方法生產(chǎn)鈷粉，每年約生產(chǎn)300噸超細(xì)鈷粉用于硬質(zhì)合金生產(chǎn)。隨著硬質(zhì)合金行業(yè)的發(fā)展和高溫裂解法工藝的完善，后來(lái)比利時(shí)的Hoboken-overpelt廠，英國(guó)的MH-Carolmet公司，加拿大的Sherritt Golden公司均采用高溫裂解法生產(chǎn)硬質(zhì)合金用鈷粉。
氧化鈷氫還原法
在制備硬質(zhì)合金用鈷粉的領(lǐng)域中氧化鈷氫還原法的應(yīng)用也非常廣泛。此方法主要是以氧化鈷（Co2O3、Co3O4和CoO）為原料，在400~600ºC下直接用氫氣還原得到鈷粉，氧化鈷氫還原法中還原溫度是制備高性能鈷粉的關(guān)鍵因素之一。
草酸鈷氫還原法
國(guó)內(nèi)在制備匹配硬質(zhì)合金用鈷粉的主要方法通常是草酸鈷氫還原法。此種方法的工藝流程簡(jiǎn)便，在600~700℃下直接用氫氣還原草酸鈷制備鈷粉，利用草酸鈷氫還原法制備鈷粉，主要優(yōu)勢(shì)是制工備藝簡(jiǎn)單、容易操作、生產(chǎn)效率高，鈷粉的粒度分布窄、粒徑細(xì)��；不足之處表現(xiàn)于制備過(guò)程中需要消耗大量的氫氣，增加了生產(chǎn)成本，同時(shí)鈷粉的流動(dòng)性和分散性較差，鈷粉形貌通常為樹(shù)枝狀或針狀。
多元醇還原法
多元醇還原法一般是以Co(OH)2為前驅(qū)體物，利用多元醇（如乙二醇、1.2丙二醇）為還原劑，其具體工藝流程是：首先將前驅(qū)體與多元醇在燒杯中混合，利用攪拌器將溶液攪拌均勻，然后將裝有混合溶液燒杯置于水浴加熱容器中，啟動(dòng)加熱中裝置使前驅(qū)體邊加熱邊還原，于是得到還原產(chǎn)物金屬鈷粉。
γ射線輻照制備法
γ射線輻照法的基本原理是用γ射線輻照水溶液產(chǎn)生一種活潑且具有很強(qiáng)的還原能力的電子（eaq-），這種電子在室溫下可以使鈷離子還原成鈷單質(zhì)，通過(guò)干燥處理后得到鈷粉。其工藝流程是：配制一定濃度的鈷溶液，先加入適量的異丙酮作為自由基清洗劑，然后加入適量的聚乙烯醇作為分散劑，通過(guò)滴入適量的醋酸（Hac）或NaOH溶液來(lái)調(diào)節(jié)溶液的PH值，再將配制好的溶液進(jìn)行超聲脫氣處理，同時(shí)通入氮?dú)饨档腿芤褐械难鹾�，利用γ射線對(duì)溶液進(jìn)行輻照，射線輻照用劑量率為70Gy/min的60Co，最后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行收集。γ射線輻照制備金屬鈷粉的方法應(yīng)用十分廣泛，得益于其制備條件容易控制、產(chǎn)品為納米級(jí)、粒徑分布均勻和不容易氧化。
微乳液法
微乳液是由水、油、表面活性劑和助表面活性劑，在微泡中經(jīng)成核、聚結(jié)、團(tuán)聚、熱處理組成澄清透明的、各向同性的熱力學(xué)體系，通過(guò)膠團(tuán)顆粒間的碰撞、融合、分離和重組等過(guò)程，促使水核內(nèi)的物質(zhì)相互交換或傳遞，致使核內(nèi)的發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而得到產(chǎn)物，然后產(chǎn)物在核內(nèi)成核和長(zhǎng)大。該工藝由于所需原料成本較高，反應(yīng)時(shí)間、環(huán)境溫度和陳化時(shí)間等都對(duì)制備過(guò)程有著復(fù)雜的影響，導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
聯(lián)氨液相還原法
聯(lián)氨的液相還原法的原理是：利用具有較強(qiáng)還原能力的聯(lián)氨作為還原劑，在堿性溶液將Co2+還原成鈷單質(zhì)。
超聲霧化熱分解法
超聲霧化熱分解法(ultrasonic spray pyrolysis)簡(jiǎn)稱(chēng)USP，是一種比較先進(jìn)的制備納米粉的方法，已經(jīng)被應(yīng)用于制備納米金屬粉末、金屬合金粉及陶瓷材料等。該法也可以用于制備納米鈷粉。
參考資料：
吳家景.球形超細(xì)/納米鈷粉的制備工藝及機(jī)理.南昌大學(xué)
張宇奇等.高壓合成球形碳酸鈷粉以及超細(xì)球形鈷粉制備研究.南昌硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司
王崇國(guó)等.超細(xì)球形鈷粉制備.甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院
羅振勇等.金屬鈷粉的制備及應(yīng)用.中南大學(xué)
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