[发明专利]一种纳米碳化铬粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米金属碳化物粉末制备技术领域，特别涉及一种纳米碳化铬的制备方法。

背景技术

碳化铬具有较高的熔点、硬度和高温强度，作为硬质合金的晶粒长大抑制剂得到了广泛的应用。其作用机理为：合金烧结时，碳化铬优先溶解在Co 相中，阻止WC向Co相溶解，从而有效地阻止WC的溶解析出过程。在冷却阶段，碳化铬则固溶在Co相中，固溶强化了粘结相。此外，碳化铬亦可作为喷涂粉使用，碳化铬- 25%NiCr 喷涂粉在高温下具有较好的抗氧化性，抗腐蚀性和耐磨性，因而在航空航天领域得到了广泛的研究。

目前，碳化铬的制备方法通常采用三氧化二铬与碳黑混合高温还原碳化法制备。中国专利CN1176224A中提出了碳化铬粉末的制备方法：采用氧化铬为主要原料，用碳作还原剂，按照一定的配比和工艺路线，生产出含碳量在12%以上、碳化率在99%以上的碳化铬。该方法工艺简单，但由于原料粒度较粗，不利于碳化反应，碳化温度较高，造成生产成本较高，并且产物粒度较粗，不能满足碳化铬粉末在现代工业中的应用。

中国专利CN1724349A中提出了纳米碳化铬粉末的制备方法：将Cr₂O₃溶解于有机物溶液中，溶液浓度为10%~20%；溶液在离心式喷雾干燥机中进行喷雾干燥，得到含有铬的络合物和游离有机物的混合粉末，粉末形状为多孔、疏松的空心球体。将此粉末在保护气氛中，500~600℃进行焙解，得到Cr₂O₃与原子级别游离C的均匀混合的粉末，在850~1000℃下， H₂/CH₄碳化40~90分钟可制得粉末平均粒度为0.1微米，晶粒尺寸为20~60纳米的纳米碳化铬粉末。该方法具有很多优点，如较低的反应温度、较短的反应时间等；但也存在一些缺点，如工艺较复杂，采用有机溶剂和H₂/CH₄碳化，增加了生产成本。

中国专利CN100357187C中提供了一种纳米碳化铬粉末的制备方法。该方法以重铬酸铵、水合肼、纳米炭黑、酚醛树脂为原料，制备工艺为：合成非晶纳米Cr₂O₃→配制酚醛树脂乙醇溶液→球磨（2-8h）→干燥（1-2h）→真空碳化→球磨（2-8h）→干燥→过筛→产品。该方法具有较高的创新性，并且合成的粉末达到了纳米级，但是工艺较复杂，浪费能源，生产成本较高，不利于工业化生产。

中国专利CN101955184A中也提供了一种新型纳米级碳化铬粉末的制备方法，该方法是将纳米三氧化二铬和碳质还原混合，加入酒精或丙酮作为球磨介质，经球磨、干燥后，在氩气或氢气保护或真空条件下，于800℃~1000℃碳化0.5~1h，得到碳化铬粉末。该方法原料需采用纳米三氧化二铬，并消耗大量的酒精或丙酮，生产成本高；并且使用球磨机球磨混合纳米级原料难以实现均匀混合，不适合工业化生产。

Cintho等人（O.M. Cintho, E.A.P. Favilla, J.D.T. Capocchi. Mechanical-thermal synthesis of chromium carbides[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2007, 439 (1-2): 189-195.）通过高能球磨金属铬粉和石墨粉，随后在800℃、2h条件下，氩气气氛中进行热处理，最终得到碳化铬粉末（Cr₃C₂和Cr₇C₃）。该方法存在的主要问题是工艺较复杂，并且制得的碳化铬粉末的粒度偏大，不能满足碳化铬粉末在现代工业中的应用。