超细钴粉由于其特殊的物理、化学性能,在硬质合金、电池、催化剂、磁性材料、吸波材料、陶瓷等领域的应用中表现出许多优异的性能。同时由于超细钴粉（铁磁类物质）对电磁波的特殊吸收作用,可作为军用高性能毫米波隐形材料, 可见光—红外线隐形材料和结构式隐形材料,手机辐射屏蔽材料。在硬质合金方面使用的超细钴粉由于合金的横向断裂强度、硬度和密度都得到了提高,使其具有更高的的耐磨性与抗裂性。

 

国内外目前钴粉的制备工艺主要有

1、高纯氧化钴或草酸钴氢气还原法(原始工艺)

高纯氧化钴或草酸钴氢气还原法是最早应用的工业钴粉制造工艺之一。该方法应用时，合理地控制还原温度、氢气流量及纯度、推舟速度和装舟量等这些还原工艺，理论上就能得到比较合适的超细钴粉，但实际应用难点较多。

 

2、高压水喷雾法

所谓的高压水喷雾法是用高压水流冲击破碎处于熔融状态的金属液流制造金属粉末的办法。具体过程是将金属钴块用中频炉感应加热熔化后，将其倒入漏包，漏包的金属液经喷嘴进入雾化装置，在来自环孔喷嘴高压水流的冲击下，被击碎成细小液珠并冷凝，经离心机抛出，再经脱水干燥后得到超细钴粉。工艺流程如下：

与还原法相比，用水雾法制取钴粉，生产工艺较为简单、安全（没有氢气参与）、污染小（喷雾塔密封）、劳动强度较低，但钴粉会呈土豆状，粒度难以控制且较大。

 

目前在硬质合金领域钴粉是硬质合金应用最广泛的粘结金属，钴粉性能对合金性能有很大的影响,使用超细钴粉的硬质合金不仅降低了孔隙度, 避免钴池的出现, 而且由于WC外表粘着一层钴, 有利于隔开WC晶粒, 这些都有利于提高硬质合金的综合性能。采用超细纳米级粒度的球形钴粉不仅可以降低合金的烧结致密化温度从而抑制WC晶粒异常长大，同时能够减少球磨混合时间，改善合金中的钴相分布，有助于获得高性能的超细和纳米晶W-Co硬质合金。超细钴粉相对中、粗钴粉，它具备以下几个优势：

1、减少压制压力：压坯压力随钴粉粒度的增粗而增大 而且钴粉粒度越粗压力增加的趋势越明显。这是因为越粗的钴粉势必造成钴粉的加工硬化现象越严重 从而使压制压力迅速提高。

2、促使硬质合金烧结致密化：根据粉末冶金烧结理论，原料Co粉的细化可以赋予Co粉更高活性，因此可以促进其物质迁移行为在较低的温度下更充分地发生，达到促使硬质合金烧结致密化完成的目的。

 

3、超细Co粉对细WC晶粒长大控制的意义:超细W-Co硬质合金生产中采用超细Co粉，有可能将合金烧结过程中合金致密化发生的温度降低到接近或低于WC晶粒长大临界温度，使合金的致密化过程提前到严重早期晶粒长大发生之前完成，从而抑制甚至避免细WC-Co硬质合金早期晶粒长大。

 

采用草酸钴还原制备钴粉的过程中，装舟工艺对钴粉粒度有较大影响。下图为常见的还原设备-电管炉。生产过程，草酸钴装在舟皿里面从炉口被推入炉膛。不同的炉膛长度可以容纳多个舟皿。装舟工艺主要有：推舟速度、推舟个数、装舟量（料层厚度）这三个参数。

1、推舟速度

从表1的结果可以看出:随推舟速度的减慢,钴粉的松装密度逐渐变大，钴粉的FSSS增大,钴粉的粒度增大。这是因为随着推舟速度的减慢, 物料在炉内停留的时间变长,使还原好的粉末颗粒相互烧结而变粗。

 

2、推舟个数

单次推舟个数对钴粉的均匀性也有很大影响,一次推一舟比一次推多舟生产的钴粉粒度要均匀一些。这是因为炉内存在温度分段,各段的温度有所不同,而且同一段的温度也有不均匀。

 

3、通过理论分析和生产实践后发现随着装舟量的增大,钴粉的费氏粒度粒度增大,即钴粉的粒度增大。这是因为还原过程中氢气的扩散是由物料表层向里进行的,底层最后被还原,当装舟量较大时,料层增厚,在底层的物料还原时产生的水蒸气向上迁移,会把中上层已经还原好的物料氧化,然后会使粉末再度被还原,使粉末粒度增大;同时由于料层厚度大,底层还原时产生的水蒸气难以排出,使底层粉末颗粒变粗,并使粉末粒度均匀性变差。因为底层水蒸气分压高,使反应向不利于还原为钴的方向进行,还原速度较慢,使还原好的粉末颗粒互相烧结,导致钴粉粒度变粗,并使粉末粒度均匀性变差。

 

采用氢还原草酸钴生产钴粉的过程中,原料粒度、原料含水量、还原温度、氢气流量及纯度、推舟速度和装舟量等这些还原工艺对钴粉粒度会有显著影响。其中如还原温度、氢气流量等工艺参数的影响尤为显著。

 

1.还原温度对钴粉粒度的影响：

还原温度越高, 钴粉的费氏粒度越大, 表明钴粉的粒度越粗。这是因为温度高, 还原反应的速度加快, 但随着温度的不断升高, 钴粉颗粒之间互相烧结及熔化的析出作用增加, 导致钴粉颗粒长大。反之, 还原温度越低, 则钴粉的费氏粒度粒度越小。

2、氢气流量对钴粉粒度的影响：

氢气流量小,钴粉粒度则粗；氢气流量大,钴粉粒度则细。这是因为氢气流量增大, 反应向右移动,还原速度加快的缘故。但当氢气流量大于2.5m3/h时,再增大氢气流量, 钴粉粒度不再继续减小。氢气湿度小,则水蒸气分压低,所以,当氢气流量大或氢气湿度小时能加速还原反应过程；相反,当氢气流量小或氢气草酸钴的粒度细,则其松装密度ρ松小，不同ρ松的草酸钴制取的钴粉的粒度不同。从图1可以看出草酸钴的粒度粗,即钴粉的松装密度ρ松大,则钴粉的FSSS大,表明钴粉的粗度粗。

 

3、推舟速度对钴粉粒度的影响:

实际生产中，随着推舟速度的减慢,钴粉的费氏粒度粒度增大,表明钴粉的粒度增大。这是因为随着推舟速度的减慢,物料在炉内停留的时间变长,使还原好的粉末颗粒互相烧结而变粗。另一方面,一次推舟个数对钴粉的均匀性也有很大影响,一次推一舟比一次推多舟生产的钴粉粒度要均匀一些。这是因为炉内温度分段,各段的温度有所不同,而且同一段的温度也有不均匀。