CN104846258A - 铁基(V,Ti)CN复合粉体的制备方法 - Google Patents

铁基(V,Ti)CN复合粉体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104846258A
CN104846258A CN201510290410.9A CN201510290410A CN104846258A CN 104846258 A CN104846258 A CN 104846258A CN 201510290410 A CN201510290410 A CN 201510290410A CN 104846258 A CN104846258 A CN 104846258A
Authority
CN
China
Prior art keywords
iron
content
preparation
composite granule
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510290410.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104846258B (zh
Inventor
吴恩辉
侯静
李军
李宏
杨绍利
刘黔蜀
黄平
马兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huzhou Qiqi Electromechanical Technology Co., Ltd
Original Assignee
Panzhihua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panzhihua University filed Critical Panzhihua University
Priority to CN201510290410.9A priority Critical patent/CN104846258B/zh
Publication of CN104846258A publication Critical patent/CN104846258A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104846258B publication Critical patent/CN104846258B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及金属陶瓷材料领域，具体涉及一种利用钒钛铁精矿制备铁基(V，Ti)CN复合粉体的方法。本发明制备方法主要包括以下步骤：配料、压制成型、再经过高温碳热还原、粉碎后得到铁基(V，Ti)CN复合粉体。本发明制备复合粉体，主要采用钒钛铁精矿为原料，利用碳热还原法，在空气气氛下制备铁基(V，Ti)CN复合粉体，具有工艺简单，对生产设备和生产环境要求低，原料价格低且原料储量巨大，该工艺方法便于大规模工业生产的特点。

Description

铁基(V,Ti)CN复合粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及金属陶瓷材料领域，具体涉及一种利用钒钛铁精矿制备铁基(V，Ti)CN复合粉体的方法。
背景技术
碳氮化钛由于兼具碳化钛和氮化钛的优点，具有高熔点、高硬度、耐磨、耐腐蚀、抗氧化性等特性，同时又是热、电的良导体，使用碳氮化钛制备金属基陶瓷材料被广泛应用于机械、电子和化学工业。碳氮化钛的制备方法较多，较为传统的是TiC、TiN高温合成法、气相沉积法、热解法、低温化学法、溶胶－凝胶法、机械合金化法、自蔓延高温合成法，熔盐法以及碳热还原法等。然而，传统的制备方法的原料一般为昂贵的TiC、TiN、高纯Ti粉和TiO2等，为了降低原料成本，国内外科研工作者将钛铁矿作为原料采用碳热还原法制备碳氮化钛，具有原料丰富、工艺简单、制备成本低等优点。但是钛精矿作为制备钛白粉的主要原料，使其作为大规模制备碳氮化钛的原料受到市场的限制。
碳热还原法是指在一定温度下，一种以无机碳作为还原剂所进行的氧化还原反应的方法。碳热还原法制备碳化钛、氮化钛，通常以纯TiO2为原料，碳为还原剂，通过机械混合，在高温、一定气氛(Ar气、N2气等)条件下保温一定时间，在固态条件下合成碳(氮)化钛。碳热还原法的研究大都借助于XRD、TEM、EDX，热分析(TG，DTG，DTA)，气体检测及化学分析等手段进行，研究配碳量、还原温度、恒温时间、气氛、碳的种类、原料粒度、原料混合方式等对产物组成、晶粒度、形态以及还原机理等方面的影响。
目前，制备碳化钛、氮化钛，通常以纯TiO2或者钛铁矿为原料，其生产成本比利用钒钛铁精矿的成本高了近一倍，且钒钛铁精矿的产量是钛精矿的6-8倍，利用钒钛铁精矿为原料在生产成本上具有明显优势。另外，目前使用钛精矿碳热还原制备碳氮化钛是在Ar或者N2气氛下进行，制备条件苛刻，且成本高。再者，钒钛铁精矿采用传统的高炉冶炼工艺无法实现其中钛资源的回收利用，造成其中占原矿含量50％左右的钛资源浪费，而利用高温碳热还原法可以很好的利用其中的钛资源。最后，由于碳化钒可以明显提高碳氮化钛的硬度，而钒钛铁精矿中天然含有钒元素，在制备过程中生成的氮化钒以固溶体的形式存在碳氮化钛中形成(V，Ti)CN，提高了粉体的硬度。
申请号为CN103130506A，发明名称为“一种制备超细碳氮化钛的方法”，公开了一种先将纳米TiO2与有机碳源球磨混合，然后冷压制成块料；将块料装入真空感应炉内，抽真空使压力小于50MPa，升高温度至300～800℃，保温0.5～2h，再升温至1000～1900℃，保温0.5～ 2h，充入氮气，使原料充分氮化，然后降温，取出料块，再经过破碎、球磨等步骤处理后得到超细碳氮化钛粉体材料。该方法工艺复杂，以纳米TiO2与有机碳源为原料，同时抽真空，在N2气氛下进行制备，制备条件苛刻，生产成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法。
铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
a、配料：按重量比：将钒钛铁精矿:碳质还原剂＝1:0.25～0.35，混合，得到混合料；
b、压制成型：将a步骤的混合料压制成密度为3.1～4.0g/cm3的压块；
c、高温碳热还原：将b步骤制备的压块在高温炉中，于1450～1550℃的空气气氛下，还原20～90min，得到碳还原产物；
d、粉碎：将碳还原产物进行粉碎，得到粒度小于0.5mm的复合粉体材料。
上述所述铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，其中所述钒钛铁精矿粒度为0.075～0.200mm，其中铁含量为50～60wt％，TiO2含量为10～16wt％，V2O5的含量为0.5～1.5wt％，余量为不可避免的杂质；所述碳质还原剂为煤粉或者焦炭，只要碳质还原剂的粒度小于0.2mm，且其中固定碳的含量大于80％，反应活性能够满足本发明中钒钛铁精矿碳热还原的碳质还原剂均可以，不限于上述两种。
上述所述c步骤中制备的碳还原产物中金属铁的含量为50～55％，Ti的含量为10～20wt％，V的含量0.5～0.8wt％，碳含量为4～8wt％，氮含量为6～12wt％，其余为不可避免的杂质元素。
所述c步骤高温炉的加热方式可以采用即环保又快速的电热或气体燃烧热。其中空气气氛下是指高温炉中无需通入任何成分的气体或改变压力，即大气压力下的生产环境。
上述所述d步骤粉碎碳还原产物成复合细粉可以采用常规的研磨矿方式，进一步的，可以选择简单方便的球磨机球磨方式。
上述所述的铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法制备的铁基(V，Ti)CN复合粉体，主要应用于金属陶瓷材料领域，包括钢铁、合金表面强化、铁基陶瓷材料、摩擦材料或新型钒钛基金属陶瓷材料等领域的应用。
本发明一种铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，主要采用钒钛铁精矿为原料，利用碳热还原法，在空气气氛下制备铁基(V，Ti)CN复合粉体。本发明工艺简单，对生产设备和生产环境要求低，原料价格低且原料储量巨大，钛资源利用率高，制备的复合粉体硬度高，可以应用于多个领域，该工艺方法还便于大规模工业生产。
附图说明
图1本发明实例1所制备的产品XRD图；
图2本发明实例1所制备的产品SEM图；
图3本发明实例2所制备的产品XRD图；
图4本发明实例3所制备的产品XRD图；
图5本发明实例4所制备的产品XRD图。
具体实施方式
铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，包括以下步骤：
a、配料：按重量比：将钒钛铁精矿:碳质还原剂＝1:0.25～0.35，混合，得到混合料；
b、压制成型：将a步骤的混合料压制成密度为3.1～4.0g/cm3的压块；
c、高温碳热还原：将b步骤制备的压块在高温炉中，于1450～1550℃的空气气氛下，还原20～90min，得到碳还原产物；
d、粉碎：将碳还原产物进行粉碎，得到粒度小于0.5mm的复合粉体材料。
上述所述铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，其中所述钒钛铁精矿粒度为0.075～0.200mm，其中铁含量为50～60wt％，TiO2含量为10～16wt％，V2O5的含量为0.5～1.5wt％，余量为不可避免的杂质；所述碳质还原剂为煤粉或者焦炭，只要碳质还原剂的粒度小于0.2mm，且其中固定碳的含量大于80％，反应活性能够满足本发明中钒钛铁精矿碳热还原的碳质还原剂均可以，不限于上述两种。
上述所述c步骤中制备的碳还原产物中金属铁的含量为50～55％，Ti的含量为10～20wt％，V的含量0.5～0.8wt％，碳含量为4～8wt％，氮含量为6～12wt％，其余为不可避免的杂质元素。
所述c步骤高温炉的加热方式可以采用即环保又快速的电热或气体燃烧热。其中空气气氛下是指高温炉中无需通入任何成分的气体或改变压力，即大气压力下的生产环境。
上述所述d步骤粉碎碳还原产物成复合细粉可以采用常规的研磨矿方式，进一步的，可以选择简单方便的球磨机球磨方式。
上述所述的铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法制备的铁基(V，Ti)CN复合粉体，主要应用于金属陶瓷材料领域，包括钢铁、合金表面强化、铁基陶瓷材料、摩擦材料或新型钒钛基金属陶瓷材料等领域的应用。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
取100g钒钛铁精矿，30g煤粉，混合均匀后压制成块，将混合物块体置入高温炉中，在空气气氛中，还原温度1550℃，还原时间30min后取出冷却。复合粉体中金属铁的含量为52％，Ti的含量为13％wt，V的含量0.7％wt，碳含量为5％wt，氮含量约为10％wt，其余为不可避免 的杂质元素含量。产品XRD见图1，证明其物相组成为Fe、VN和TiCN。产品SEM图见图2，本发明测试样品时，用的是SEM的背散射模式，测的是需要元素的面扫描，从图中可清晰的说明V和Ti的分布一致，结合XRD分析，说明反应生成的是Fe-(V,Ti)CN.说明碳氮化钛中含有钒，进一步说明产物为(V，Ti)CN复合粉体。
实施例2
取100g钒钛铁精矿，35g煤粉，混合均匀后压制成块，将混合物块体置入高温炉中，在空气气氛中，还原温度1550℃，还原时间60min后取出冷却。复合粉体中金属铁的含量为58％，Ti的含量为17％wt，V的含量0.8％wt，碳含量为7％wt，氮含量为12％wt，其余为不可避免的杂质元素含量。产品XRD见图3，证明其物相组成为Fe、VN和TiCN。
实施例3
取100g钒钛铁精矿，30g煤粉，混合均匀后压制成块，将混合物块体置入高温炉中，在空气气氛中，还原温度1500℃，还原时间30min后取出冷却。复合粉体中金属铁的含量为55％，Ti的含量为14％wt，V的含量0.5％wt，碳含量为6％wt，氮含量为10％wt，其余为不可避免的杂质元素含量。产品XRD见图4，证明其物相组成为Fe、VN和TiCN。
实施例4
取100g钒钛铁精矿，25g煤粉，混合均匀后压制成块，将混合物块体置入高温炉中，在空气气氛中，还原温度1550℃，还原时间30min后取出冷却。复合粉体中金属铁的含量为56％，Ti的含量为12％wt，V的含量0.6％wt，碳含量为5％wt，氮含量为8％wt，其余为不可避免的杂质元素含量。产品XRD见图5，证明其物相组成为Fe、VN和TiCN。

Claims (8)

1.铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、配料：按重量比：将钒钛铁精矿:碳质还原剂＝1:0.25～0.35，混合，得到混合料；
b、压制成型：将a步骤的混合料压制成密度为3.1～4.0g/cm3的压块；
c、高温碳热还原：将b步骤制备的压块在高温炉中，于1450～1550℃的空气气氛下，还原20～90min，得到碳还原产物；
d、粉碎：将碳还原产物进行粉碎，得到粒度小于0.5mm的复合粉体材料。
2.根据权利要求1所述铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，其特征在于：所述钒钛铁精矿粒度为0.075～0.200mm，其中铁含量为50～60wt％，TiO2含量为10～16wt％，V2O5的含量为0.5～1.5wt％，余量为不可避免的杂质；所述碳质还原剂为煤粉或焦炭，其粒度小于0.2mm，其中固定碳的含量大于80％。
3.根据权利要求1所述铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，其特征在于：所述c步骤中制备的碳还原产物中金属铁的含量为50～55wt％，Ti的含量为10～20wt％，V的含量0.5～0.8wt％，碳含量为4～8wt％，氮含量为6～12wt％，其余为不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1所述铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，其特征在于：所述c步骤高温炉的加热方式为电热或气体燃烧热。
5.根据权利要求1所述铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，其特征在于：所述d步骤粉碎采用研磨的方式。
6.根据权利要求5所述铁基(V，Ti)CN复合粉体的制备方法，其特征在于：所述研磨的方式为球磨机球磨。
7.由权利要求1～6任一项所述的制备方法制备的铁基(V，Ti)CN复合粉体。
8.权利要求7所述的铁基(V，Ti)CN复合粉体在钢铁、合金表面强化、铁基陶瓷材料、摩擦材料或新型钒钛基金属陶瓷领域的应用。
CN201510290410.9A 2015-05-29 2015-05-29 铁基（V，Ti）CN复合粉体的制备方法 Active CN104846258B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510290410.9A CN104846258B (zh) 2015-05-29 2015-05-29 铁基（V，Ti）CN复合粉体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510290410.9A CN104846258B (zh) 2015-05-29 2015-05-29 铁基（V，Ti）CN复合粉体的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104846258A true CN104846258A (zh) 2015-08-19
CN104846258B CN104846258B (zh) 2016-08-31

Family

ID=53846237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510290410.9A Active CN104846258B (zh) 2015-05-29 2015-05-29 铁基（V，Ti）CN复合粉体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104846258B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109676127A (zh) * 2019-01-30 2019-04-26 中南大学 一种高性能TiN基金属陶瓷及其制备方法
CN112355315A (zh) * 2020-11-09 2021-02-12 攀枝花学院 球形铁基碳化钒钛金属陶瓷粉末的制备方法
CN115821140A (zh) * 2022-11-24 2023-03-21 河南融发新材料科技有限公司 一种冶金用含钛合金及其低成本生产方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108080648A (zh) * 2017-12-18 2018-05-29 北京科技大学 一种真空碳热还原原位制备Fe/TiC复合粉体的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104263870A (zh) * 2014-10-08 2015-01-07 重庆大学 钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104263870A (zh) * 2014-10-08 2015-01-07 重庆大学 钒钛磁铁精矿直接还原多梯度提取工艺

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. G´OMEZ ET AL.: "Influence of milling time on the processing of Fe–TiCN composites", 《MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A》 *
周兰花等: "钒钛磁铁矿碳热还原研究", 《稀有金属》 *
邓伟林等: "钒钛铁精矿碳热还原制备铁基摩擦材料的热力学分析", 《材料研究学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109676127A (zh) * 2019-01-30 2019-04-26 中南大学 一种高性能TiN基金属陶瓷及其制备方法
CN112355315A (zh) * 2020-11-09 2021-02-12 攀枝花学院 球形铁基碳化钒钛金属陶瓷粉末的制备方法
CN115821140A (zh) * 2022-11-24 2023-03-21 河南融发新材料科技有限公司 一种冶金用含钛合金及其低成本生产方法
CN115821140B (zh) * 2022-11-24 2024-04-30 河南融发新材料科技有限公司 一种冶金用含钛合金及其低成本生产方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN104846258B (zh) 2016-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fan et al. A novel recycling approach for efficient extraction of titanium from high-titanium-bearing blast furnace slag
CN101586172B (zh) 金属化球团和还原铁粉的制备方法
CN104846258B (zh) 铁基（V，Ti）CN复合粉体的制备方法
CN101871070B (zh) 一种金属陶瓷复合材料及其制备方法
CN106044771B (zh) 一种基于含钛高炉渣碳化提钛处理的碳化钛制备方法
CN102071360A (zh) 一种碳化钨颗粒增强的铁基粉末冶金材料及其制备方法
CN108080649A (zh) 一种低温碳氢双联还原制备超细铁粉的方法
CN101709388B (zh) 钒渣氯化焙烧分离钒的工艺
Ying et al. Effects of synthesis temperature and raw materials composition on preparation of β-Sialon based composites from fly ash
CN101381083B (zh) 真空碳热还原制备高纯球形二氧化硅的方法
CN106498108A (zh) 用钛磁铁矿精矿生产直接还原铁和氮（碳）化钛的方法
CN101863663B (zh) 燃烧法制备亚微米级碳化钛多晶粉末
CN102618807B (zh) 一种铝基非晶/纳米晶复合材料及其制备方法
CN105905902B (zh) 一种碳化钛原料的生产方法
CN103602814B (zh) 一种氮化钒合金的制备方法
Pang et al. Reduction of 1—3 mm Iron Ore by CO on Fluidized Bed
CN104928429A (zh) 一种硼铁矿的金属化还原利用方法
CN104844218B (zh) 一种碳氮化钨钛铌固溶体粉末
CN102234720B (zh) 煤直接液化残渣制备的球团矿粘结剂及其制备方法
CN102747179A (zh) 一种褐煤半焦作还原剂制取直接还原铁的方法
Abdurakhmanov et al. Modernization of the technology for obtaining technical silicon for solar energy
CN100554212C (zh) 一种利用矿山选钛尾矿制备金属陶瓷Ti-C-N复合材料的方法
Zou et al. The Study of Self-Propagating High-Temperature Synthesis of TiC-Al2O3/Fe Composites from Natural Ilmenite
Liu et al. Fe–Sialon–Ti (C, N) composites from carbothermal reduction–nitridation of low-priced minerals and their application in taphole clay refractories
CN101358289A (zh) 一种用煤炭还原氧化铝制备金属铝的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20191118

Address after: 313000 1-B, building 1, No. 656, Qixing Road, high tech Zone, Wuxing District, Huzhou City, Zhejiang Province

Patentee after: Huzhou Qiqi Electromechanical Technology Co., Ltd

Address before: 617000 Airport Road, Panzhihua, Sichuan, No. 10

Patentee before: Panzhihua University