[发明专利]一种稀土改善块体Cr7C3 抗磨蚀性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于耐磨蚀化合物技术领域，涉及一种改善块体Cr₇C₃抗磨蚀性能的方法，尤其是一种稀土改善块体Cr₇C₃抗磨蚀性能的方法。

背景技术

块体Cr₇C₃虽然在没有磨损条件下具有优异的抗高温氧化性能，但是在磨损与氧化交互作用下，由于磨损作用下其表面致密的Cr₂O₃氧化膜与Cr₇C₃的结合能力显然不足，从而不利于Cr₇C₃抗磨蚀性能的提高。在制备块体Cr₇C₃过程中，通过掺杂适量稀土钇元素后，使Cr₂O₃氧化膜致密度得以进一步提高的同时，而且会使氧化物与Cr₇C₃本体的结合能力显著改善，同时，由于适量稀土元素钇掺杂于Cr₇C₃晶格中，使Cr₇C₃中某些晶面间如（010）由于原来的共价键向金属键转变（这已通过前期理论计算所证明）。会使其本身硬度几乎不降低的条件下会使其韧性显著提高，在磨损过程中，不易开裂和脱落对提高其抗磨性能是显而易见的。综上所述，这无疑对提高Cr₇C₃高温抗氧化、抗磨损性能具有重要的工程应用意义。

另外，借助密度泛函理论第一性能原理计算可知：稀土元素钇置换固溶于Cr₇C₃的吉布斯自由能约：－91.6J/mol；且通过计算（Cr，Y）₇C₃形成的热力学焓变值为负值，进一步表明该化合物属稳定结构。总之，从热力学理论角度来说制备（Cr，Y）₇C₃是完全可行的。将该块体材料用于热轧钢用耐高温磨损导卫板等部件上，将具有重要的工程应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种稀土改善块体Cr₇C₃抗磨蚀性能的方法，该方法利用稀土钇来改善Cr₇C₃化合物，通过控制球磨工艺和烧结制度，可成功制备出钇掺杂后的Cr₇C3型碳化物，使其韧性和抗氧化性能明显提高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种稀土改善块体Cr₇C₃抗磨蚀性能的方法，包括以下步骤：

1）将稀土钇块料破碎至粒度在200μm以下，在真空充氩条件下进行球磨处理，当其粒径为20-30μm时，停机将稀土钇粉在真空条件下密闭保存；

2）将纯Cr粉和石墨粉按碳化物Cr₇C₃分子式中原子比和各元素的原子量换算成重量比并分别称重后，先将Cr粉和石墨粉装入球磨罐中，进行抽真空，并球磨10-20小时；

3）停止球磨机后2-3小时，将球磨后的稀土钇粉加入装有已混合均匀的Cr粉和石墨粉的球磨罐中，稀土钇粉的添加量为Cr粉和石墨粉总重量的0.05-1.0%，再次进行抽真空并开启球磨机，球磨30-50小时，在球磨完成之后，将混合均匀的稀土钇粉、Cr粉和石墨粉混合体快速充填到模具中；

4）将盛放稀土钇粉、Cr粉、石墨粉混合体的石墨模具放入烧结炉中进行烧结，烧结是在真空热压烧结炉中进行，烧结时真空炉的真空度为：≤10^-1Pa；烧结炉的升温速度为：5-10℃/秒；压力为：30-50MPa；烧结温度为：1000℃～1400℃；保温时间为：60～120分钟，烧结完毕后随烧结炉一同冷却，得到稀土改善后的块体Cr₇C₃。

进一步，上述步骤1）中，所述稀土钇块料为商用稀土钇块料，纯度≥99.5%。

进一步，上述步骤2）中，真空度为＜10^-1Pa。

进一步，上述步骤2）中，采用的钇粉纯度：大于99.5%。

进一步，上述步骤2）中，采用的Cr粉纯度和粒度分别为：99.9%和小于100μm。

进一步，上述步骤2）中，采用的石墨粉的纯度和粒度分别为：99.99%和小于100μm。