CN103100720A - 一种高纯低气铬粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高纯低气铬粉的制备方法，将300目氧化铬粉与高纯石墨粉以质量比3-5：1的充分混匀，在压型机中压成约厚25mm，当量直径约40mm的固定块状，通过真空碳化法将氧化铬还原为金属铬，并在随后的工序中通过真空球磨将铬块磨成细粉，在氢气气氛下将铬粉中的氧、氮、硫等杂质气化，达到脱除气体杂质的目的。通过本方法所得高纯低气金属铬粉，可以在靶材行业、等离子喷涂行业、真空开关触头行业、粉末冶金注射成型行业等得到广泛应用。
Description
技术领域
本发明属冶金材料领域，特别涉及一种高纯低气铬粉的制备方法。
背景技术
金属铬中杂质含量对铬的使用有着非常大的影响；受生产工艺限制，铬粉中通常含有Fe、Al、Si、P、S等固体杂质以及O、N等气体杂质。随着科学技术的发展, 铬基新型材料及电镀新技术的出现, 用户对金属铬质量提出了更高的要求, 即满足金属铬高纯度的前提下，要求铬金属中气体杂质氧、氮含量更低。氧是金属铬中的常见杂质，其含量对铬金属粉及其制品的性能有直接影响。氧的存在会降低铬粉的压缩性，用于烧结材料会使压坯尺寸增大，烧结时难以控制制品尺寸，并使烧结材料的密度和物理、机械性能降低及金相组织变坏，因此准确控制氧含量，对于控制生产工艺，提高制品质量是极为重要的。氮在铬金属中的存在会显著提高其韧-脆转换温度，从而导致材料及其制品的韧性降低脆性增加，严重影响产品质量及其稳定性。在电镀行业，氧、氮等气体杂质的存在严重影响对镀层的质量，对镀层的光洁度、致密性及耐磨损性能都有很大的负面作用。
目前，金属铬主要生产方法有火法、热解法和电解法。火法制铬就是采用铝热还原法来制备铬，即由铬铁矿获得氧化铬，再用铝还原剂还原氧化铬得到金属铬。在火法制备铬的工艺流程中，不可避免的会引入硅铁和铝等杂质，其纯度很难超过99%。这种铬由于纯度不高、很脆、没有延展性且不能加工锻造，因而无法用于军事和航空航天等尖端工业的非铁基合金部件的制造中。在真空条件下，通过与适当的热沉积表面接触，即热解法可得到纯度为99.99%的高纯铬。这是目前能得到的最纯的生产铬的方法。但由于其生产工艺复杂和成本太高，只适于极少量生产，不能满足大规模加工制造的需要。用电解法制得的高纯铬，不会混入铝和硅等杂质且含硫量仅为热解法制得产品的1/10左右。但这种方法同样由于成本较高，难以全面推广应用。
上述三种金属铬粉生产方式，由于受到生产工艺条件的限制，难以得到具有产业化推广价值的高纯低气金属铬粉。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有所存在的问题，提供生产工艺简单和成本低的一种高纯低气铬粉的制备方法。
本发明是这样实现的：
1、将300目氧化铬粉与高纯石墨粉以质量比3-5：1的比例充分混匀，在压型机中压成约厚25mm，当量直径约40mm的固定块状，压型压力为20kN；
2、压型后的块状原料放入石墨坩埚中，放入量不得超过坩埚高度的一半，坩埚上部用带有透气孔的埚盖封住，以防化学反应气体带出粉尘污染炉体及真空系统；将装有原料的石墨坩埚放入真空碳化炉内；真空碳化炉内的加热体必须为石墨加热体以保证物料不被加热体所污染；加热前须保证炉体冷却系统工作正常，冷却水压力高于1MPa。真空系统工作应正常，碳化炉内真空加热前应小于0.01Pa，以保证反应顺利进行；
3、升温阶段：真空碳化升温过程采用恒温保温方式，自室温加热至400℃保温3小时，继续加热至800℃保温3小时，加热至1200℃保温3小时，最后升温至1550℃；
4、保温阶段：升温结束后，于1550℃进行保温，保温时间为7-9小时；
5、冷却阶段：以10℃/min的降温速度冷却至1000℃，保温20min，然后停止加热，随炉自然冷却至室温；
6、碳化反应完成后，形成金属铬呈块状，块状金属铬先用破碎装置破碎成当量直径小于10mm粒状，随后在真空球磨中磨成300目金属粉；
7、氢气还原铬粉前，铬金属粉需要再次进行压型为厚度10 mm，当量直径约40mm的固定块状，压型压力为20kN；随后放入氢气还原炉中，抽真空至0.01Pa后，向炉体内通入纯度需要在99.99%以上氢气；关闭真空系统控制阀门，停止真空泵运行，开大氢气进气阀使炉内压力达0.02MPa以上；然后打开氢气排气阀，在外接点火管处点燃，避免氢气直接排入外部环境引起火灾；炉内气压稳定后，采用电加热方式将氢气还原炉内温度升至1300℃，保温时间8小时；还原过程结束后，自然随炉冷却至室温，整个冷却过程，需要保证氢气的连续通入；
8、高温氢化后的铬粉， 检测合格后进行真空包装储存。
本发明的优点是：采用真空碳热还原法制备高纯金属铬，再辅以氢气脱氧氮技术生产的高纯低气铬粉，具有较高的纯度，特别是可以降低铬粉中气体杂质的含量，防止铬粉在使用过程中出现色斑和缺陷。氢化过程中采用真空加热方式，有利于反应生成气体的快速排除。可使金属铬粉纯度达99.9%以上, 比火法制铬工艺生产的产品纯度高，特别是氧氮等气体杂质含量低于0.03%，而生产成本仅为热解法和电解法制铬工艺的30%以下,适合于较大规模的铬粉生产制备。
应用本产品制备的靶材是铬质合金膜层制备的理想原材料，用来作为汽车铬格栅涂层更加耐磨、光泽更持久，利用低气铬粉制备的真空开关、合金刀头等可使材料的使用寿命显著增加。可以在靶材行业、等离子喷涂行业、真空开关触头行业、粉末冶金注射成型行业等得到广泛应用。
附图说明
图1为高纯低气铬粉的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例具体说明：将300目氧化铬粉与高纯石墨粉以质量比3-5：1的比例取料共计3-5kg充分混匀，在压型机中压成若干个约厚25mm，当量直径约40mm的固定块状料，压型压力为20kN；
压型后的块状料放入石墨坩埚中，放入量不得超过坩埚高度的一半，坩埚上部用带有透气孔的埚盖封住，以防化学反应气体带出粉尘污染炉体及真空系统；
将装有块状料的石墨坩埚放入真空碳化炉内，真空碳化炉可以采用感应加热或电阻加热方式，加热体必须为石墨加热体以保证物料不被加热体所污染；
加热前须保证炉体冷却系统工作正常，冷却水压力高于1MPa。真空系统工作应正常，碳化炉内真空加热前应小于0.01Pa，以保证反应顺利进行；
升温阶段：真空碳化升温过程采用恒温保温方式。自室温加热至400℃保温3小时，继续加热至800℃保温3小时，加热至1200℃保温3小时，最后升温至1550℃；
保温阶段：升温结束后，于1550℃进行保温，保温时间为7-9小时。高温保温过程中，真空不得高于1Pa。保温结束时，真空需达到0.1Pa以下；
冷却阶段：以10℃/min的降温速度冷却至1000℃，保温20min，然后停止加热，随炉自然冷却至室温；
碳化反应完成后，形成的金属铬呈块状。块状金属铬先用破碎装置破碎成当量直径小于10mm粒状，随后在真空球磨中磨成300目金属粉；
氢气还原铬粉前，铬金属粉需要再次进行压型为厚度10 mm，当量直径约40mm的固定块状，压型压力为20kN；
金属铬块随后放入氢气还原炉中，抽真空至0.01Pa后，向炉体内通入氢气。脱气过程使用的氢气需经过净化提纯，纯度需要在99.99%以上。关闭真空系统控制阀门，停止真空泵运行，开大氢气进气阀使炉内压力达0.02MPa以上。打开氢气排气阀，在外接点火管处点燃，避免氢气直接排入外部环境引起火灾；
炉内气压稳定后，采用电加热方式将氢气还原炉内温度升至1300℃，保温时间8小时；还原过程结束后，自然随炉冷却至室温，整个冷却过程，需要保证氢气的连续通入；
高温氢化后的铬粉， 检测合格后进行真空包装储存。
Claims (1)
1.一种高纯低气铬粉的制备方法，其特征在于，
a、将300目氧化铬粉与高纯石墨粉以质量比3-5：1的比例充分混匀，在压型机中压成约厚25mm，当量直径约40mm的固定块状，压型压力为20kN；
b、压型后的块状原料放入石墨坩埚中，放入量不得超过坩埚高度的一半，坩埚上部用带有透气孔的埚盖封住，以防化学反应气体带出粉尘污染炉体及真空系统；将装有原料的石墨坩埚放入真空碳化炉内；真空碳化炉内的加热体为石墨加热体以保证物料不被加热体所污染；加热前须保证炉体冷却系统工作正常，冷却水压力高于1MPa；真空系统工作正常，碳化炉内真空加热前应小于0.01Pa，以保证反应顺利进行；
c、升温阶段：真空碳化升温过程采用恒温保温方式，自室温加热至400℃保温3小时，继续加热至800℃保温3小时，加热至1200℃保温3小时，最后升温至1550℃；
d、保温阶段：升温结束后，于1550℃进行保温，保温时间为7-9小时；
e、冷却阶段：以10℃/min的降温速度冷却至1000℃，保温20min，然后停止加热，随炉自然冷却至室温；
f、碳化反应完成后，形成金属铬呈块状，块状金属铬先用破碎装置破碎成当量直径小于10mm粒状，随后在真空球磨中磨成300目金属粉；
g、氢气还原铬粉前，铬金属粉需要再次进行压型为厚度10 mm，当量直径约40mm的固定块状，压型压力为20kN；随后放入氢气还原炉中，抽真空至0.01Pa后，向炉体内通入纯度需要在99.99%以上氢气；关闭真空系统控制阀门，停止真空泵运行，开大氢气进气阀使炉内压力达0.02MPa以上；然后打开氢气排气阀，在外接点火管处点燃，避免氢气直接排入外部环境引起火灾；炉内气压稳定后，采用电加热方式将氢气还原炉内温度升至1300℃，保温时间8小时；还原过程结束后，自然随炉冷却至室温，整个冷却过程，需要保证氢气的连续通入；
h、高温氢化后的铬粉， 检测合格后进行真空包装储存。
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