一种粗晶Cr₃C₂陶瓷粉末的生产方法

专利名称：一种粗晶Cr₃C₂陶瓷粉末的生产方法
技术领域：
本发明属于硬面材料Cr3C2陶瓷粉末的生产方法，特别是一种生产纯度高、 性能优的粗晶Cr3G陶瓷粉末的生产方法。采用该方法生产的Cr3C2陶瓷粉末 既可作为硬面材料广泛用于矿山工具、冲压模具、石油钻采工具的生产中， 又可直接用作合金原料生产金属陶瓷制品。
背景技术：
碳化铬(Cr3C2)基硬面材料具有与铸造碳化钨(WC)几乎相同的硬度及 耐磨、耐腐蚀特性。随着其制造工艺的不断发展和使用技术的日新月异，以 及相应补强、硬面处理技术的日臻完善，碳化铬(Cr3C2)硬面材料的应用范 围越来越广阔，不仅涉及到一些基础和传统产业，而且在高新技术领域也显 示出非常广阔的应用前景。传统的碳化铬是作为焊接材料的添加剂用，由于 耐磨性能良好，用它制成的焊条，堆焊在某些机械设备的工作面上(如磨煤机、 球磨机、颚板等)，可将使用寿命提高几倍以上。随着耐磨材料应用不断广泛、
深入，碳化铬粉的需求量日益增加。铬与碳可以形成三种化合物即Cl"23C6、
Cr7C3、Cr3C2。目前世界上对Cr3C2陶瓷粉末的需求呈两种趋势， 一种是超细Cr3C2 陶瓷粉末，另一种是粗晶Cr3C2陶瓷粉末。实验结果证明，粗晶Cr3G陶瓷粉 末在高温条件下具有结构缺陷较少、显微硬度高、微观应变小等优点，用以 生产的合金制品及作硬面材料具有较高的强度及韧性。传统以&203为原料制 备Cr3C2陶瓷粉末的方法，是将&203与固体碳球磨混合、直接经二次碳化而 成；采用此方法碳化温度较高、碳化时间较长，而在形成03(:2相的过程中有 熔点分别为1665。C和155(TC的Cr7C3和Cr23C6两中间相形成，又由于0203 先驱体的粒度比较小，该方法生产的Cr^陶瓷粉末一般粉粒度为2 5um 的细Cr3G粉末，因其性能所限只能用作合金材料、焊接材料的添加剂等，而 不能够满足作硬面材料对其性能的要求。

发明内容
本发明的目的是研究开发一种粗晶Cr:^陶瓷粉末的生产方法，用以生产 高纯度、性能优异的粗晶Cr3C2陶瓷粉。以达到在具有高硬度和良好的耐磨性的同时，还具有更强的塑性变性能力；既可单独，又可与铸造WC、铸造Cr3C2 陶瓷粉末配合作为硬面材料，用于易磨损表面的喷焊(涂)、堆焊，亦可直接 用作合金原料生产金属陶瓷制品等目的。
本发明的解决方案是仍采用&203及碳(C)作为主要原料，但在配料时按 比例加入Fe(Co、 Ni)，作为催化剂铁的氧化物，既作催化剂、又作粘结剂的 Al—Ni合金粉混合后，再进行熔体反应合成，合成后所得金属陶瓷块经破碎、 球磨，磁选除Fe、酸洗及烘干，筛分等从而制得高纯粗晶碳化铬(Cr3C2)陶 瓷粉末。因此，本发明方法包括
A. 配料混合以0203用量为基准，加入其重量23. 0 34. Owt。/。的石墨或 炭黑粉，0. 15 0. 50wt。/o的Fe的氧化物，0. 1 0. 4wt。/。的Fe或Co、或Ni， 0. 1~0. 6wt。/o的Al—Ni合金粉， 一并置于球磨机内球磨混合6~10小时；
B. 装舟及熔融碳化将经A工序所得球磨混合料过30~100目筛，筛下 物装入石墨舟皿中，压实后送入碳管炉内，在1500 185(TC温度下碳化处理 100-160分钟，随炉冷却、得粗晶Cr3C2金属陶瓷块；
C. 球磨粉碎将工序B所得合金块机械破碎至粒度〈6.0mm后，送入球磨 机内，球磨20 60小时，得粗Cr3C2陶瓷粉，球料比2.5~6:1;
D. 除铁及酸洗将工序C所得Cr3C2陶瓷粉末经磁铁除铁处理后，送入稀 硝酸中酸洗以出去残留的A1、 Ni元素；
E. 水洗及烘干将由工序D酸洗后所得物料再用去离子水清洗后，送入 真空干燥机内，在400 50(TC下烘干处理1.5~3.5小时，冷却后即得目的物 粗晶Cr3C2陶瓷粉末；
F. 筛分、包装首先将烘干所得Cr3C2陶瓷粉末过300目筛，筛下物用作 合金原料生产金属陶瓷制品；筛上物则根据用途及后续产品生产要求筛分为 不同颗粒度的粉料，密封包装，即成。
所述铁的氧化物为FeO或FeA 、 Fe304。为了进一步提高质量，碳化后 所得粗晶Cr3C2金属陶瓷块除去欠烧、过烧及有孔洞的残、次品后，再进行机 械破碎及球磨粉碎。
本发明由于加入了铁的氧化物作催化剂，并通过铝热反应后形成的Fe(含 Al、 Co、 Ni)液进行熔体反应合成，即本发明利用气-液反应机制代替了传统 的气-固、固-固反应机制，通过熔体促进了碳(C)的扩散、C的扩散速度快;在熔体反应合成过程中，铬、碳原子都将溶解到Fe等液中，到达饱和后析出， 从而改变了传统的Cr3C2形核生长模式(过程)；这种析出式生长模式是严格 按Cr3C2形式析出，又克服了背景技术碳化反应困难、碳化反应时间长，在Cr3C2 生长过程中出现以及产品中存在大量Cr23C6、Cr7C3等杂相、影响其性能的弊病。 因而，本发明方法具有所生产的粗晶碳化铬(Cr3C2)陶瓷粉末内部缺陷较少、 纯度高、性能优，粉粒度可达毫米(mm)级，能够充分满足硬面材料对其硬 度、耐磨性及塑性变形性能的要求；既可单独，亦可与铸造WC、铸造Cr3C2 陶瓷粉末配合作为硬面材料，用于易磨损表面的喷焊(涂)、堆焊，亦可直接 用作合金原料生产金属陶瓷制品等特点。
具体实施例方式
A. 配料混合每批料以Cr203用量100Kg为基准，加入28.0Kg的石墨， 0.35 Kg的Fe203粉末，0. 3Kg的Co粉，0. 35Kg的Al—Ni合金粉， 一并置于 球磨机内球磨混合8小时后，卸料；
B. 装舟及熔融碳化将经A工序所得球磨混合料过80目筛，筛下物装 入石墨舟皿中，通过20 Kg压块压实后送入碳管炉内，在1650 180(TC温度 下碳化处理130分钟，随炉冷却得粗晶(>3(:2金属陶瓷块；
C. 球磨粉碎将工序B所得合金块机械破碎至粒度〈6.0mm后，送入球磨 机内，球磨48小时，得粗Cr3C2陶瓷粉末、待用，球重580Kg (球料比约为 4.5:1);
D. 除铁及酸洗:将磁场强度为10000高斯的永磁铁置于球磨后待用的Cr3C2 陶瓷粉料中、以出去残留的Fe;然后再将其送入百分比浓度为30%的稀硝酸 溶液中酸洗，以除去残留的A1、 Ni元素；
E. 水洗及烘干将由工序D酸洗后所得物料再用去离子水清洗后，送入 真空干燥机内，在450士1(TC下烘干处理2.5小时，冷却后即得目的物粗晶 Cr3G陶瓷粉末；
F. 筛分、包装首先将烘干所得Cr3C2陶瓷粉末过300目筛，筛下物用作 合金原料生产金属陶瓷制品；筛上物则根据用途及后续产品生产要求筛分为 不同颗粒度的粉料，密封包装，即成。
权利要求
1.一种粗晶Cr3C2陶瓷粉末的生产方法，包括A.配料混合以Cr2O3用量为基准，加入其重量23.0～34.0wt％的石墨或炭黑粉，0.15～0.50wt％的Fe的氧化物，0.1～0.4wt％的Fe或Co或Ni，0.1～0.6wt％的Al-Ni合金粉，一并置于球磨机内球磨混合6～10小时；B.装舟及熔融碳化将经A工序所得球磨混合料过30～100目筛，筛下物装入石墨舟皿中，压实后送入碳管炉内，在1500～1850℃温度下碳化处理100～160分钟，随炉冷却、得粗晶Cr3C2金属陶瓷块；C.球磨粉碎将工序B所得合金块机械破碎至粒度＜6.0mm后，送入球磨机内，球磨20～60小时，得粗Cr3C2陶瓷粉，球料比2.5～6∶1；D.除铁及酸洗将工序C所得Cr3C2陶瓷粉末经磁铁除铁处理后，送入稀硝酸中酸洗以出去残留的Al、Ni元素；E.水洗及烘干将由工序D酸洗后所得物料再用去离子水清洗后，送入真空干燥机内，在400～500℃下烘干处理1.5～3.5小时，冷却后即得目的物粗晶Cr3C2陶瓷粉末；F.筛分、包装首先将烘干所得Cr3C2陶瓷粉末过300目筛，筛下物用作合金原料生产金属陶瓷制品；筛上物则根据用途及后续产品生产要求筛分为不同颗粒度的粉料，密封包装，即成。
2. 按权利要求1所述粗晶03(:2陶瓷粉末的生产方法；其特征在于所述铁 的氧化物为FeO或Fe203 、 FeA。
3. 按权利要求1所述粗晶Cr3C2陶瓷粉末的生产方法；其特征在于碳化后 所得粗晶Cr3G金属陶瓷块除去欠烧、过烧及有孔洞的残、次品后，再进行机 械破碎及球磨粉碎。
全文摘要
该发明属于粗晶Cr₃C₂陶瓷粉末的生产方法，包括采用Cr₂O₃及C为主要原料，按比例加入Fe(Co、Ni)及铁的氧化物，Al-Ni合金粉后球磨混合，装舟及熔融碳化，球磨粉碎，除铁及酸洗，水洗及烘干，筛分、包装。该发明由于加入了催化剂铁的氧化物，并通过铝热进行熔体反应而加快了碳的扩散速度；在反应过程中铬、碳原子都溶解到Fe等液中在达到饱和后按Cr₃C₂形式析出；从而具有所生产的粗晶碳化铬(Cr₃C₂)陶瓷粉末内部缺陷较少、纯度高、性能优，粉粒度可达毫米级，能充分满足硬面材料对其硬度、耐磨性及塑性变形性能的要求；既可单独，亦可与铸造WC、铸造Cr₃C₂陶瓷粉末配合作为硬面材料，亦可直接用作合金原料生产金属陶瓷制品等特点。
文档编号C04B35/56GK101624288SQ20091006029
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月7日 优先权日2009年8月7日
发明者楷 唐, 孙亚丽, 涛 李, 王树明, 胡海波, 页 顾, 新 黄 申请人:自贡市华刚硬质合金新材料有限公司;自贡市华刚耐磨材料有限公司