CN1837063A - 一种纳米碳化铬粉末的制备方法 - Google Patents

一种纳米碳化铬粉末的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种纳米碳化铬粉末的制备方法，属于纳米金属碳化物粉体制备技术领域。使用重铬酸铵、水合肼、纳米炭黑、酚醛树脂为原料，首先用水合肼在水溶液中还原重铬酸铵得到非晶态的纳米Cr2O3，然后将纳米Cr2O3与纳米炭黑和酚醛树脂混合，在真空炉内于800～1100℃热处理得到纳米Cr3C2粉末。本发明的优点在于：实现了碳化铬粉末粒度可控，工艺、设备简单，适用于工业化生产。

Description

一种纳米碳化铬粉末的制备方法
技术领域
本发明属于纳米金属碳化物粉体制备技术领域，特别是提供了一种纳米碳化铬粉末的制备方法。
背景技术
Cr3C2粉末在粉末冶金行业中具有广泛的用途，例如在制备碳化钨基超细硬质合金时，Cr3C2粉末可作为高效的晶粒长大抑制剂且不影响合金强度。又如Cr3C2-NiCr涂层具有很高的抗高温氧化、抗腐蚀、耐磨性能。
制备Cr3C2粉末的传统方法是将Cr氧化物与固体碳混合球磨，然后将混合料进行碳化。由于传统方法使用原理粒度粗，碳化温度高，碳化时间长，制备的Cr3C2粉末的粒度较粗，一般为2～5μm。随着材料科学的发展，对纳米级Cr3C2粉末的需求越来越大，例如：超细硬质合金晶粒长大抑制剂用Cr3C2粉末要求其粒度达到纳米级，与纳米WC粉末相当，才能保证添加抑制剂混合料均匀性，才能充分发挥Cr3C2对WC晶粒长大抑制的效果。另外，纳米Cr3C2基涂层比常规涂层有更高的硬度和耐磨性。因此，纳米Cr3C2粉末的制备具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米碳化铬粉末的制备方法，实现了碳化铬粉末粒度可控，适用于工业化生产。
本发明使用重铬酸铵((NH4)2Cr2O7)、水合肼(H2N·H2N·H2O)、纳米炭黑、酚醛树脂(PF)为原料，首先用水合肼在水溶液中还原重铬酸铵得到非晶态的纳米Cr2O3，然后将纳米Cr2O3与纳米炭黑和酚醛树脂混合，在真空炉内于800～1100℃热处理得到纳米Cr3C2粉末。具体制备工艺为：
1.液相合成非晶态的纳米Cr2O3粉末
将重铬酸铵溶解于去离子水中，配置成1～3mol/L的水溶液并注入反应釜中，加热至40～80℃，加入水合肼反应生成墨绿色胶状沉淀，将沉淀直接抽滤，在120～150℃的温度下干燥得到浅绿色非晶态的纳米Cr2O3粉末，其比表面(BET)＞30m2/g，小角度X射线散射(SAXS)检测平均粒径＜40nm。
2.配置酚醛树脂乙醇溶液
将醇溶性酚醛树脂加入无水乙醇，加热溶液至酚醛树脂完全溶于无水乙醇，配置为0.1～0.5g/ml的酚醛树脂的乙醇溶液。
3.球磨
每kg纳米Cr2O3粉末中添加200～350g纳米炭黑，并加入250～350ml浓度为0.1～0.5g/ml的酚醛树脂乙醇溶液作为球磨介质，在行星式球磨机中球磨2～8小时。球磨后混合料在真空烘箱内以90～110℃温度干燥1～2小时。
4.真空碳化
将混合料在真空炉内，在800～1000℃的温度下热处理30～120分钟，可得到纳米Cr3C2粉末，其平均粒度＜100nm，含炭量13.2～13.4％，游离碳含量不超过0.15％。
5.产品处理
出炉后产品以每kg Cr3C2粉末加入250～350ml工业酒精，在行星式球磨机内球磨2～8小时，取出料经干燥，过筛，真空包装。
本发明的优点在于：
(1)从生产技术上提供了一种可工业化大规模生产纳米碳化铬粉末的新技术；
(2)所用工艺、设备简单；
(3)生产的碳化铬粉末平均粒度＜100nm，粒度分布均匀；
(4)可通过调节原始溶液浓度、炭黑和酚醛树脂比例和碳化温度等工艺参数控制碳化铬粉末粒度。
具体实施方式
实施例1：制取平均粒径为90nm的纳米Cr3C2粉末，应按下列步骤完成。
1.将水合重铬酸铵((NH4)2Cr2O7·7H2O)溶解于去离子水中，配置为2mol/L的水溶液。
2.将重铬酸铵水溶液注入反应釜中，加热至50℃，滴入水合肼至过量，发生剧烈反应生成墨绿色胶状沉淀。
3.沉淀经抽滤，置于真空烘箱内，以150℃的温度干燥2小时，即可得到浅绿色的纳米Cr2O3粉末，其BET比表面为31.3m2/g，SAXS平均粒径为35.5nm。
4.按每kg纳米Cr2O3粉末中加入300g纳米炭黑和350ml浓度为0.2g/ml的酚醛树脂乙醇溶液的比例，将Cr2O3粉末与纳米炭黑在行星式球磨机上球磨2小时。
5.球磨后混合料置于真空烘箱内，以90℃温度干燥2小时，使无水乙醇挥发。
6.将混合料在真空炉内，以3℃/min的升温速率升温至1000℃，保温40min，即可碳化获得纳米Cr3C2粉末。产品经SAXS检测平均粒径为90nm。
1mol/L的水溶液。
2.将重铬酸铵水溶液注入反应釜中，加热至70℃，滴入水合肼至过量，发生剧烈反应生成墨绿色胶状沉淀。
3.沉淀经抽滤，置于真空烘箱内，以150℃的温度干燥2小时，即可得到浅绿色的纳米Cr2O3粉末，其BET比表面为45.4m2/g，SAXS平均粒径为22.6nm。
4.按每kg纳米Cr2O3粉末中加入250g纳米炭黑和350ml浓度为0.4g/ml的酚醛树脂乙醇溶液的比例，将Cr2O3粉末与纳米炭黑在行7.出炉后产品以每kg Cr3C2粉末加入250ml工业酒精，在行星式球磨机内球磨2～8小时，取出料经干燥，过筛，真空包装。
实施例2：制取平均粒径为70nm的纳米Cr3C2粉末，应按下列步骤完成。
1.将水合重铬酸铵((NH4)2Cr2O7·7H2O)溶解于去离子水中，配置为星式球磨机上球磨2小时。
5.球磨后混合料置于真空烘箱内，以110℃温度干燥1小时，使无水乙醇挥发。
6.将混合料在真空炉内，以3℃/min的升温速率升温至900℃，保温40min，即可碳化获得纳米Cr3C2粉末。产品经SAXS检测平均粒径为70nm。
7.出炉后产品以每kg Cr3C2粉末加入350ml工业酒精，在行星式球磨机内球磨2～8小时，取出料经干燥，过筛，真空包装。

Claims (1)

1、一种纳米碳化铬粉末的制备方法，其特征在于：
a、液相合成非晶态的纳米Cr2O3粉末
将重铬酸铵溶解于去离子水中，配置成1～3mol/L的水溶液并注入反应釜中，加热至40～80℃，加入水合肼反应生成墨绿色胶状沉淀，将沉淀直接抽滤，在120～150℃的温度下干燥，得到浅绿色非晶态的纳米Cr2O3粉末，其比表面＞30m2/g，小角度X射线散射检测平均粒径＜40nm；
b、配置酚醛树脂乙醇溶液
将醇溶性酚醛树脂加入无水乙醇，加热溶液至酚醛树脂完全溶于无水乙醇，配置为0.1～0.5g/ml的酚醛树脂的乙醇溶液；
c、球磨
每kg纳米Cr2O3粉末中添加200～350g纳米炭黑，并加入250～350ml浓度为0.1～0.5g/ml的酚醛树脂乙醇溶液作为球磨介质，在行星式球磨机中球磨2～8小时，球磨后混合料在真空烘箱内以90～110℃温度干燥1～2小时；
d、真空碳化
将混合料在真空炉内，在800～1000℃的温度下热处理30～120分钟，得到纳米Cr3C2粉末，其平均粒度＜100nm，含炭量13.2～13.4％，游离碳含量不超过0.15％；
e、产品处理
出炉后产品以每kg Cr3C2粉末加入250～350ml工业酒精，在行星式球磨机内球磨2～8小时，取出料经干燥，过筛，真空包装。
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Denomination of invention: Method for preparing nano chromium carbide powder

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