[發(fā)明專利]一種真空碳熱還原原位制備Fe/TiC復(fù)合粉體的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201711364118.2
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108080648A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張國華;吳柯漢
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: B22F9/20
• 分類號: B22F9/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種真空碳熱還原原位制備Fe/TiC復(fù)合粉體的方法，以二氧化鈦、碳質(zhì)還原劑和鐵或氧化鐵為原料，按照一定質(zhì)量比混合攪拌均勻；將混合粉末壓塊后放入真空高溫爐中加熱，在1300～1600℃、10～200Pa壓強(qiáng)下保溫1～2小時(shí)，最終得到Fe/TiC復(fù)合粉體材料。本發(fā)明的有益效果是：(1)采用二氧化鈦、碳質(zhì)還原劑和鐵或氧化鐵為原料，相比于傳統(tǒng)制備方法成本更加低廉，工藝流程簡單，且易于工業(yè)化生產(chǎn)；(2)采用原位合成的方法，高溫下二氧化鈦被鐵液中的碳還原，直接原位生成TiC，使TiC均勻的分布在鐵相中，且避免了Fe/TiC界面之間存在雜質(zhì)；(3)采用真空的方式，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，有利于降低鐵相中溶解碳的含量，同時(shí)脫氧更徹底，得到純度較高的復(fù)合粉體。因此，在成本，流程和純度等方面具有明顯的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料以及硬質(zhì)合金領(lǐng)域，具體涉及一種Fe/TiC復(fù)合粉體的制備方法。

背景技術(shù)

近年來陶瓷金屬復(fù)合材料因其優(yōu)異的耐磨性和硬度，以及優(yōu)異的比模量和強(qiáng)度而成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。鋼結(jié)硬質(zhì)合金最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代初，是一種兼有鋼和碳化物特性的創(chuàng)新型陶瓷金屬復(fù)合材料。在各種碳化物中，碳化鈦具有NaCl型立方晶系結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)是0.4327nm，空間群為Fm3m，具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐磨、耐腐蝕的特點(diǎn)，同時(shí)還具有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，是一種很有前途的金屬陶瓷增強(qiáng)材料。在大多數(shù)鋼結(jié)硬質(zhì)合金中，由于Fe/TiC之間具有優(yōu)異的潤濕性能，因此Fe/TiC復(fù)合材料是一種很有前途的金屬陶瓷復(fù)合材料。

Fe/TiC復(fù)合粉體是具有金屬光澤的灰色粉末，具有很高的熔點(diǎn)和硬度、良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性、極好的耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。研究表明Fe/TiC復(fù)合材料在高濃度SO2和SiO2細(xì)顆粒氣流中的耐高溫沖蝕磨損性能優(yōu)于Co基高溫合金；利用真空濺射技術(shù)在掘進(jìn)機(jī)截齒表面形成Fe/TiC復(fù)合材料涂層，可使掘進(jìn)機(jī)截齒壽命提高3～5倍。同時(shí)，F(xiàn)e/TiC復(fù)合粉體應(yīng)用于鑄鐵部件表面，能大大提升其耐磨性能。因此Fe/TiC復(fù)合粉體正引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。Fe/TiC復(fù)合粉體的合成方法有：原位合成法、自蔓延高溫合成法、熱噴涂法、熔鑄法等。目前TiC系鋼結(jié)硬質(zhì)合金的傳統(tǒng)生產(chǎn)制備方法為粉末冶金法，又稱固態(tài)金屬擴(kuò)散法。該法是將固態(tài)黏結(jié)相金屬鋼粉和增強(qiáng)顆粒TiC粉機(jī)械混合后，在一定的溫度和壓力下壓制，燒結(jié)成型。然而TiC粉價(jià)格比較高，同時(shí)容易氧化，在其表面形成一層氧化物薄膜，使得后續(xù)的粉末冶金過程中TiC表面與Fe的接觸變差,不能緊密黏結(jié)在一起，嚴(yán)重影響最終產(chǎn)物的材料性能以及純度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種真空碳熱還原原位制備Fe/TiC復(fù)合粉體的方法，以二氧化鈦、碳質(zhì)還原劑和鐵或氧化鐵為原料，按照一定質(zhì)量比混合攪拌均勻；將混合粉末壓塊后放入真空高溫爐中加熱，在1300～1600℃、10～200Pa壓強(qiáng)下保溫1～2小時(shí)，最終得到Fe/TiC復(fù)合粉體材料。

一種真空碳熱還原原位制備Fe/TiC復(fù)合粉體的方法，，其特征在于：

步驟一、以二氧化鈦、碳質(zhì)還原劑和鐵或氧化鐵為原料；

步驟二、將原料按照一定質(zhì)量比進(jìn)行混料，充分混勻，并進(jìn)行壓塊成型；

步驟三、將得到的塊狀原料，放入真空高溫爐中，在10～200Pa壓強(qiáng)下，在1300～1600℃保溫1-2h；

步驟四、將步驟三中得到的產(chǎn)物球磨后，得到碳化鈦均勻分布，碳化鈦粒度為0.51～5μm，含氧量低于1wt.％的Fe/TiC復(fù)合粉體。

所述的二氧化鈦、碳和鐵原料質(zhì)量比為20:9:5～35；所述的二氧化鈦、碳和氧化鐵原料質(zhì)量比為20:10.6～20.25.:7.14～50；所述的混料方式包含研磨、攪拌；所述的壓塊壓強(qiáng)為150～250MPa；所述的Fe/TiC復(fù)合粉體中碳化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)25wt.％～70wt.％。