[發明專利]碳化鈦和碳化釩復合材料及其生產方法和應用

有效

• 申請號: 201310598015.8
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103553619A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 方民憲;許子路;張雪峰;孫青竹;鄧剛;范興平;馮瑤;李思艾;王勇
• 申請（專利權）人: 攀枝花學院
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C04B35/622;B23K9/04
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 高蕓

技術領域

本發明涉及生產碳化鈦和碳化釩復合材料及其生產方法和應用，屬于金屬陶瓷領域。

背景技術

碳化鈦（TiC）和碳化釩（VC或V₂C）具有硬度高、抗氧化、耐腐蝕、比重小、穩定性好等優異的化學性能。兩者常同時作為堆焊材料的重要成分，用于金屬材料的表面堆焊強化。如《機械工程材料》，2004，No．6，20～22的文獻“基于TiC-VC的抗磨粒磨損堆焊焊條”所公開的方法是用用鈦鐵、釩鐵、石墨、人造金紅石等組成焊條藥皮，通過高溫電弧冶金反應生成TiC-VC。研制了硬度高、裂性好的耐磨粒磨損堆焊焊條。堆焊結果表明：堆焊抗裂性優于D618、D667焊條，相對耐磨性可達D667焊條的8倍。又如《中國機械工程》，2006，No．4，417～421的文獻“TiC-VC顆粒增強Fe基熔敷層組織與耐磨性能”:以H08A為焊芯，以鈦鐵、釩鐵和石墨等為藥皮組分，利用焊接電弧高溫冶金反應，在Q235基體上制備TiC-VC復合超硬顆粒增強Fe基熔敷層。結果表明：冶金反應形成的TiC-VC顆粒尺寸細小，且彌散分布在基體上，熔敷層硬度在HRC55以上，具有很高的耐磨性和良好的抗裂性。

由于鈦鐵是用鈦精礦或鈦渣為原料，用鋁熱還原法生產，釩鐵是用五氧化二釩或三氧化二釩為原料，用鋁熱還原法生產，于是，在鈦鐵和釩鐵的生產過程必然存在相當一部鈦或釩滯留于渣中，特別是生產鈦鐵時，鈦的收得率只有60%～70%，另外不管是生產鈦鐵還是生產釩鐵，都會有大量的冶金廢渣產生，帶來環境污染，而且生產成本都較高。

發明內容

由于碳化釩和金屬鈦粉的生產；其釩和鈦的收得率均在95%以上，并且無廢渣產生，環保效益優于釩鐵和鈦鐵的生產。本發明旨在制取一種碳化釩和碳化鈦共同形成的復合材料以及相應的生產方法。這種新型復合材料代替釩鐵、鈦鐵，作為堆焊焊結組分，用于金屬表面堆焊強化，將有降低生產成本、提高釩、鈦利用率，避免環境污染的效益。

本發明生產碳化鈦和碳化釩復合材料的方法，其特征在于包括如下步驟：

a、配料：碳化釩粉、金屬鈦粉和碳粉分別按以下質量比稱取：VC：Ti：C=1.37～3.00:1.00～1.50:0.17～0.50，混合均勻；

b、壓制成型：將a步驟得到的混合料壓制成密度為2.5～3.0g·cm^-3的壓塊；其壓塊可以是任意形狀，如正方形、長方形、圓柱形等。

c、高溫合成：將壓塊置于下述條件下燒制：真空度為1.0×10^-2～4.0×10^-2帕，溫度為1300～1610℃，保溫3.5～5.0h，冷卻即得碳化鈦和碳化釩復合材料。

本發明生產方法中，考慮到反應速度以及所生產的碳化釩的純度，原料碳化釩的純度為VC為99.0%～99.9%，粒度為0.075～0.200mm；原料碳粉是純度C≥99.85wt%、粒度≤30_μm的石墨粉或碳黑；原料金屬鈦粉純度為Ti≥99.5wt%，粒度≤0.15mm。

本發明b步驟壓制成型的目的之一是使原料顆粒之間的接觸更為緊密，減少三種反應物顆粒之間的擴散距離，促進反應進行；目的之二由于步驟c是在真空條件下進行，在整個過程中需不斷的抽真空，如果沒有壓制成塊，而直接采用粉末，粉末就會隨著氣體被抽到真空系統中去，不僅難以生產得到產品，而且還會損害真空系統。常規的壓制成型方法均適用于本發明，根據具體需要，可以壓制成各種形狀，如：正方形、長方形、圓柱形等。其中，壓制成型的壓塊密度越大，所需壓力即越大，成本越高，綜合考慮生產需要及降低生產成本，

本發明所得碳化鈦和碳化釩復合材料中，V含量為38%wt～57%wt，Ti含量為22%wt～45%wt，C含量為10%wt～28%wt，其余為不可避免的雜質。

本發明復合材料可廣泛應用于鋼鐵材料的表面堆焊強化、鐵基復合材料和新型釩鈦基金屬陶瓷等領域。

附圖說明

圖1實施例1碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。

圖2實施例2碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。

圖3實施例3碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。

圖4實施例4碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。

圖5實施例5碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。

實施例1采用本發明方法生產碳化鈦和碳化釩復合材料