[发明专利]纯净金属陶瓷Cr7C3 块体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷块体材料的制备方法。

背景技术

Cr₇C₃是具有正交结构过渡金属碳化物，具有陶瓷的性质。其硬度高、耐磨性好，较好的韧性、很好的抗氧化性和热稳定性等优点，可以应用在低成本钢种的机械零部件表面，改善表面抗磨损性能及抗高温腐蚀。在理论上，国内外学者主要应用第一性原理计算了Cr₇C₃显微硬度、杨氏模量等力学性能，其结果与试验值相接近。国内学者主要应用等离子覆熔技术在钢铁表面制备一层以Cr₇C₃为硬质相的复合涂层，涂层组织中除Cr₇C₃外，还有基体如奥氏体组织等，且这层涂层的厚度较薄，在实际工程应用中仍无法满足高寿命的要求。目前国外学者制备单相Cr₇C₃主要尝试的方法有：（a）通过热喷涂的方法制备一层Cr₇C₃薄膜；（b）等离子活化烧结；(c)高温自蔓延反应合成；(d)真空无压烧结；其中（b）方法制得了组织较理想的非纯净的单相Cr₇C₃块体组织。

伊朗学者S.Sharafi,S.Gomari等人，利用机械球磨与真空（充氩气）无压烧结的方法（烧结温度为1100℃；保温时间为1小时）制备出了块体Cr₇C₃。该报道中所得到的块体组织除有Cr₇C₃外，还有Cr₂O₃相，显然不是纯净单一的Cr₇C₃化合物块体。

日本学者Ken Hirota等，将Cr与炭黑粉机械湿磨混匀后，用等离子放电烧结制备出了单相块体Cr₇C₃。其性能如表1所示。虽然主要力学性能指标较理想，但同样也没有获得纯净单一的Cr₇C₃化合物块体。

表1不同烧结温度下非纯净Cr₇C₃的主要性能参数

发明内容

本发明的目的在于提供一种韧性较好，耐高温腐蚀的纯净单一的Cr₇C₃化合物块体的制备工艺。

为达到以上目的，本发明是采用如下技术方案予以实现的：

一种纯净金属陶瓷Cr₇C₃块体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将纯Cr粉和纯石墨粉按碳化物Cr₇C₃分子式中原子比和各元素的原子量换算成重量比，称重后装入磨罐中，同时加入不多于Cr粉和石墨粉总重量3%的酚醛树脂，进行抽真空：

（2）将球磨罐放入球磨机中开机转动5-20小时,完成原料混合；

（3）将出罐后的混合物充填到石墨模具中；

（4）将充填混合物的石墨模具放入烧结炉中进行真空热压烧结，烧结温度为1200℃～1500℃；保温10～60分钟；

（5）烧结后的石墨模具随烧结炉一同冷却，取出石墨模具中的烧结体，即得到纯净金属陶瓷Cr₇C₃块体。

上述方法中，步骤（1）所述的Cr粉和石墨粉的纯度均为99.9%，粒度均≤200μm。酚醛树脂的加入量为Cr粉和石墨粉总重量的0.5-3%。

步骤（1）所述的抽真空，真空度≤10^-1Pa)。

步骤（4）所述真空热压烧结，其工艺参数为：真空度≤10^-1Pa；升温速度5-10℃/秒；压力0-150Mpa。

本发明的优点是，制备过程简单，所得到的纯净单一的Cr₇C₃化合物块体相对密度较高，主要力学性能指标较优良，不仅适用耐磨领域场合，且还可以用于耐蚀领域，以及耐磨、耐蚀交互领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1