[發明專利]一種可調配比的復合晶粒長大抑制劑的制備方法

有效

• 申請號: 201310206683.1
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN103274407A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 宋曉艷;高楊;王海濱;郭廣生
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C01B31/30
• 分類號: C01B31/30;C22C29/08;C22C1/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于抑制劑技術領域，具體涉及一種可調配比的復合晶粒長大抑制劑的制備方法。

背景技術

近年來，超硬材料制備工業尤其是硬質合金工業正不斷向超細、納尺度晶粒組織的方向發展。然而，在燒結過程中碳化鎢（WC）晶粒發生快速長大甚至異常晶粒長大一直以來是超細晶和納米晶WC-Co硬質合金研制和開發的瓶頸因素。目前最有效的控制WC晶粒長大的方法是添加晶粒長大抑制劑。經過研究發現，在眾多的晶粒長大抑制劑中最有效的是碳化釩（V₈C₇或VC）和碳化鉻（Cr₃C₂）。碳化釩在細化硬質合金中WC晶粒和提高合金硬度方面具有最好的效果，是制取高硬度和高耐磨性超細硬質合金時優選的晶粒長大抑制劑。碳化鉻在細化晶粒和提高硬度方面的效果比碳化釩稍差，但在提高硬質合金的強度和韌性方面具有良好的效果。目前市場銷售的碳化釩和碳化鉻粉末絕大多數是微米尺度，顆粒尺寸較大，比表面積較小。由于晶粒長大抑制劑的添加量通常很少，制備超細及納米硬質合金時極易造成抑制劑分布不均勻乃至團聚，難以和WC晶粒充分接觸，造成局部區域WC晶粒易于發生異常長大，從而影響抑制劑的效果，導致硬質合金的綜合性能不高。另一方面，不同配比的碳化釩和碳化鉻復合添加時會具有不同的效果。通常的做法是將碳化釩、碳化鉻按照一定比例一起加入硬質合金原料中，進行簡單的機械混合。這種混合方式難以保證抑制劑的均勻分布，尤其是超細、納米尺度的抑制劑很難在硬質相WC和粘結相Co之間得到均勻分散，因此難以有效抑制WC晶粒長大，難以獲得性能穩定的高品質硬質合金材料。

根據目前國內外晶粒長大抑制劑的制備研究現狀，我們研究開發出了一種可調配比的復合晶粒長大抑制劑的制備方法。本制備方法目前在國內外均未見相關報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可調配比的復合晶粒長大抑制劑的制備方法。

首先，以納米尺度的釩氧化物、鉻氧化物和碳為原料，按照最終復合晶粒長大抑制劑中碳化釩和碳化鉻的比例進行原料配比。將原料混合球磨處理后，送入真空爐中進行原位反應，采用降低反應溫度、分階段短時保溫等環節構成的新技術制取納米尺度的碳化釩和碳化鉻的復合晶粒長大抑制劑粉末。將復合粉末再進行球磨分散后，放入烘干箱中真空條件下烘干，獲得物相純凈、顆粒細小、分散性好的納米尺度碳化釩和碳化鉻的復合晶粒長大抑制劑粉末。這種高質量的晶粒長大抑制劑是制備高性能的超細和納米硬質合金的重要條件。

本發明提供的一種可調配比的復合晶粒長大抑制劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）根據釩氧化物、鉻氧化物和碳三種原料的分子量，通過反應平衡計算確定能得到最終復合晶粒長大抑制劑中碳化釩和碳化鉻要求配比的原料質量；將納米尺度的上述三種原料粉末為初始材料進行混合，并對原料混合粉末進行球磨分散均勻化處理，球磨工藝參數為：無水乙醇作為液體球磨介質，球料比5：1－20：1，球磨時間5h－20h，球磨轉速300rpm－600rpm，將混合粉體放入100℃的真空干燥箱中烘干12h－24h；

（2）將烘干的混合粉體放入真空爐中進行反應，工藝參數為:升溫速率10－50℃/min，在500－800℃保溫5－10min后，以升溫速率10－20℃/min升溫到900－1100℃，保溫0.5－1.5h，獲得物相純凈的碳化釩和碳化鉻復合粉體;

（3）將步驟（2）得到的碳化釩和碳化鉻復合粉體進行球磨分散處理，工藝參數為：無水乙醇作為液體球磨介質，球料比1：1－10：1，球磨時間5h－10h，球磨轉速200rpm－400rpm，球磨后將粉體放入100℃的真空干燥箱中烘干2h－10h，最后得到物相純凈、顆粒尺寸細小、分散性好的納米尺度碳化釩和碳化鉻復合晶粒長大抑制劑。

本發明中所用原料納米氧化釩為納米五氧化二釩、納米四氧化二釩、納米三氧化二釩、納米二氧化釩中的任意一種；所用納米氧化鉻為納米三氧化鉻、納米二氧化鉻、納米三氧化二鉻中的任意一種；納米碳為納米炭黑或納米活性炭中的任意一種。

與現有的相關方法相比較，本發明的科學機理和技術優勢體現在：

（1）工藝簡單。初始粉料經過球磨、干燥后就可以進行反應。碳化釩、碳化鉻復合晶粒長大抑制劑可以在真空爐中一步生成，操作方便，非常適合工業化生產。

（2）可調相對含量。根據反應平衡計算和熱力學計算，通過調配原料質量配比和調整反應溫度和保溫時間，可以得到不同配比的碳化釩和碳化鉻復合晶粒長大抑制劑，從而滿足工業生產中不同需求。