CN109420770A - 碳化钒钛金属陶瓷粉末及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳化钒钛金属陶瓷粉末及其生产方法，属于金属陶瓷领域；旨在制取一种碳化钒钛金属陶瓷粉末，其为一种碳化钒和碳化钛共同形成的复合材料，利用这种新型金属陶瓷粉末代替钒铁、钛铁，将有效降低生产成本，提高钒、钛利用率，避免环境污染的效益。生产方法包括如下步骤：a、配料：按设定配比称取碳化钒、金属钛和碳；b、装炉：将混合料装入真空熔炼炉中；c、熔炼：在真空条件下将混合料加热至熔融状态，得到合金液，并保温；d、水雾法制粉：熔炼后，将合金液过热，然后进行水雾化制粉；e、真空吸滤：雾化后进行真空吸滤，得到碳化钒钛金属陶瓷粉末和雾化水；碳化钒钛金属陶瓷粉末经过干燥和筛分后得到成品。
Description
技术领域
本发明涉及碳化钒钛金属陶瓷粉末及其生产方法，属于金属陶瓷领域。
背景技术
碳化钛(TiC)和碳化钒(VC或V2C)具有硬度高、抗氧化、耐腐蚀、比重小、稳定性好等优异的化学性能。两者常同时作为堆焊材料的重要成分，用于金属材料的表面堆焊强化。如《机械工程材料》，2004，No.6，20～22的文献“基于TiC-VC的抗磨粒磨损堆焊焊条”所公开的方法是用用钛铁、钒铁、石墨、人造金红石等组成焊条药皮，通过高温电弧冶金反应生成TiC-VC。研制了硬度高、裂性好的耐磨粒磨损堆焊焊条。堆焊结果表明：堆焊抗裂性优于D618、D667焊条，相对耐磨性可达D667焊条的8倍。又如《中国机械工程》，2006，No.4，417～421的文献“TiC-VC颗粒增强Fe基熔敷层组织与耐磨性能”:以H08A为焊芯，以钛铁、钒铁和石墨等为药皮组分，利用焊接电弧高温冶金反应，在Q235基体上制备TiC-VC复合超硬颗粒增强Fe基熔敷层。结果表明：冶金反应形成的TiC-VC颗粒尺寸细小，且弥散分布在基体上，熔敷层硬度在HRC55以上，具有很高的耐磨性和良好的抗裂性。
由于钛铁是用钛精矿或钛渣为原料，用铝热还原法生产，钒铁是用五氧化二钒或三氧化二钒为原料，用铝热还原法生产，于是，在钛铁和钒铁的生产过程必然存在相当一部钛或钒滞留于渣中，特别是生产钛铁时，钛的收得率只有60％～70％，另外不管是生产钛铁还是生产钒铁，都会有大量的冶金废渣产生，带来环境污染，而且生产成本都较高。
发明内容
由于碳化钒和金属钛粉的生产；其钒和钛的收得率均在95％以上，并且无废渣产生，环保效益优于钒铁和钛铁的生产。本发明旨在制取一种碳化钒钛金属陶瓷粉末，其为一种碳化钒和碳化钛共同形成的复合材料，利用这种新型金属陶瓷粉末代替钒铁、钛铁，将有效降低生产成本，提高钒、钛利用率，避免环境污染的效益。相应的，本发明提供一种碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法。
本发明中的碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法，包括如下步骤：
a、配料：碳化钒、金属钛和碳分别按以下质量比称取：VC:Ti:C＝2.00～3.00:1.00～1.50:0.30～0.45；
b、装炉：将a步骤得到的混合料装入真空熔炼炉中；
c、熔炼：在真空条件下将混合料加热至熔融状态，得到合金液，并保温2h～4h；
d、水雾法制粉：c步骤的熔炼后，将合金液过热100℃～200℃，然后进行水雾化制粉；
e、真空吸滤：雾化后进行真空吸滤，得到碳化钒钛金属陶瓷粉末和雾化水；碳化钒钛金属陶瓷粉末经过干燥和筛分后得到成品。
本发明的生产方法中，考虑到反应速度以及所生产的碳化钒的纯度，原料碳化钒的纯度为VC为99.0％～99.9％；原料碳是纯度C≥99.85wt％的石墨或碳黑；原料金属钛纯度为Ti≥99.5wt％。
本发明c步骤的熔炼过程中，在真空度为5.0×10-2Pa～6.0×10-2Pa，温度为1500℃～1700℃的条件下进行保温。
本发明d步骤的雾化过程中，喷射顶角为35度至45度，漏包孔径为5mm～8mm,雾化压力为20MPa～25MPa。
本发明e步骤中所制得的碳化钒钛金属陶瓷粉末中，V含量为40％wt～55％wt，Ti含量为25％wt～45％wt，C含量为10％～25％wt，其余为不可避免的杂质。
本发明e步骤真空吸滤后得到的雾化水经过处理后循环利用，以节约水资源。
本发明的碳化钒钛金属陶瓷粉末可广泛应用于钢铁材料的表面堆焊强化、铁基复合材料和新型钒钛基金属陶瓷等领域。
具体实施方式
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
取碳化钒(VC＝99.9％)、金属钛(Ti＝98.00wt％)、石墨(C＝99.0wt％)，并按以下质量比称取：VC:Ti:C＝2.00:1.00:0.30。混合料装入真空熔炼炉中熔炼，在真空度为5.2×10-2帕、温度为1660℃～1670℃的条件下保温3.5h。熔炼后，将合金液过热150℃，然后进行水雾化制粉；雾化过程中，喷射顶角为40度，漏包孔径为6mm,雾化压力为22MPa；雾化后进行真空吸滤，得到碳化钒钛金属陶瓷粉末和雾化水；碳化钒钛金属陶瓷粉末经过干燥和筛分后得到成品，雾化水经过处理后循环利用。在碳化钒钛金属陶瓷粉末的成品中，V含量为49.2wt％，Ti含量为32.9wt％，C含量为17.6wt％。
实施例2
取碳化钒(VC＝99.9％)、金属钛(Ti＝98.00wt％)、石墨(C＝99.0wt％)，并按以下质量比称取：VC:Ti:C＝2.00:1.10:0.36。混合料装入真空熔炼炉中熔炼，在真空度为5.5×10-2帕、温度为1610℃～1620℃的条件下保温3h。熔炼后，将合金液过热100℃，然后进行水雾化制粉；雾化过程中，喷射顶角为38度，漏包孔径为5mm,雾化压力为23MPa；雾化后进行真空吸滤，得到碳化钒钛金属陶瓷粉末和雾化水；碳化钒钛金属陶瓷粉末经过干燥和筛分后得到成品，雾化水经过处理后循环利用。在碳化钒钛金属陶瓷粉末的成品中，V含量为47.9wt％，Ti含量为33.8wt％，C含量为18.1wt％。
实施例3
取碳化钒(VC＝99.9％)、金属钛(Ti＝98.00wt％)、石墨(C＝99.0wt％)，并按以下质量比称取：VC:Ti:C＝2.00:1.50:0.45。混合料装入真空熔炼炉中熔炼，在真空度为6.0×10-2帕、温度为1600℃～1610℃的条件下保温3h。熔炼后，将合金液过热150℃，然后进行水雾化制粉；雾化过程中，喷射顶角为42度，漏包孔径为6mm,雾化压力为23MPa；雾化后进行真空吸滤，得到碳化钒钛金属陶瓷粉末和雾化水；碳化钒钛金属陶瓷粉末经过干燥和筛分后得到成品，雾化水经过处理后循环利用。在碳化钒钛金属陶瓷粉末的成品中，V含量为40.7wt％，Ti含量为39.2wt％，C含量为19.8wt％。
实施例4
取碳化钒(VC＝99.9％)、金属钛(Ti＝98.00wt％)、石墨(C＝99.0wt％)，并按以下质量比称取：VC:Ti:C＝2.00:1.50:0.35。混合料装入真空熔炼炉中熔炼，在真空度为5.8×10-2帕、温度为1570℃～1580℃的条件下保温3.5h。熔炼后，将合金液过热200℃，然后进行水雾化制粉；雾化过程中，喷射顶角为40度，漏包孔径为7mm,雾化压力为24MPa；雾化后进行真空吸滤，得到碳化钒钛金属陶瓷粉末和雾化水；碳化钒钛金属陶瓷粉末经过干燥和筛分后得到成品，雾化水经过处理后循环利用。在碳化钒钛金属陶瓷粉末的成品中，V含量为41.4wt％，Ti含量为39.7wt％，C含量为18.6wt％。
实施例5
取碳化钒(VC＝99.9％)、金属钛(Ti＝98.00wt％)、石墨(C＝99.0wt％)，并按以下质量比称取：VC:Ti:C＝2.00:1.40:0.35。混合料装入真空熔炼炉中熔炼，在真空度为5.5×10-2帕、温度为1620℃～1630℃的条件下保温2.5h。熔炼后，将合金液过热150℃，然后进行水雾化制粉；雾化过程中，喷射顶角为40度，漏包孔径为7mm,雾化压力为22MPa；雾化后进行真空吸滤，得到碳化钒钛金属陶瓷粉末和雾化水；碳化钒钛金属陶瓷粉末经过干燥和筛分后得到成品，雾化水经过处理后循环利用。在碳化钒钛金属陶瓷粉末的成品中，V含量为43.9wt％，Ti含量为36.7wt％，C含量为19.1wt％。
Claims (7)
1.碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、配料：碳化钒、金属钛和碳分别按以下质量比称取：VC:Ti:C＝2.00～3.00:1.00～1.50:0.30～0.45；
b、装炉：将a步骤得到的混合料装入真空熔炼炉中；
c、熔炼：在真空条件下将混合料加热至熔融状态，得到合金液，并保温2h～4h；
d、水雾法制粉：c步骤的熔炼后，将合金液过热100℃～200℃，然后进行水雾化制粉；
e、真空吸滤：雾化后进行真空吸滤，得到碳化钒钛金属陶瓷粉末和雾化水；碳化钒钛金属陶瓷粉末经过干燥和筛分后得到成品。
2.根据权利要求1所述的碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法，其特征在于：原料碳化钒的纯度为VC为99.0％～99.9％；原料碳是纯度C≥99.85wt％的石墨或碳黑；原料金属钛纯度为Ti≥99.5wt％。
3.根据权利要求1所述的碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法，其特征在于：c步骤的熔炼过程中，在真空度为5.0×10-2Pa～6.0×10-2Pa，温度为1500℃～1700℃的条件下进行保温。
4.根据权利要求1所述的碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法，其特征在于：d步骤的雾化过程中，喷射顶角为35度至45度，漏包孔径为5mm～8mm,雾化压力为20MPa～25MPa。
5.根据权利要求1所述的碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法，其特征在于：e步骤中所制得的碳化钒钛金属陶瓷粉末中，V含量为40％wt～55％wt，Ti含量为25％wt～45％wt，C含量为10％～25％wt，其余为不可避免的杂质。
6.根据权利要求1所述的碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法，其特征在于：e步骤真空吸滤后得到的雾化水经过处理后循环利用。
7.权利要求1至6中任一项所述的碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法所得到的碳化钒钛金属陶瓷粉末。
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