[发明专利]一种以铬铁渣为主料的板状Cr7C3及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于Cr₇C₃技术领域。具体涉及一种以铬铁渣为主料的板状Cr₇C₃及其制备方法。

背景技术

铬铁渣即冶炼“铬-铁合金”所产生的炉渣。以铬铁矿为主要原料，采用金属铝粉为还原剂，在高温条件下（一般在1850~1900℃）通过铝热反应制备“铬-铁合金”是目前广泛使用且成熟的工业技术手段。由于炉渣与铬铁合金的比重不同，铬铁渣浮于“铬-铁合金”上层，因此二者易于分离。但目前大多数企业将废弃的铬铁渣仅作为工业垃圾处理或简单分级后用于低品耐火材料制品的开发，不仅造成了资源的浪费，而且Cr⁶⁺的形成与流失也严重污染了环境。

Cr₇C₃是铬的碳化产物之一（受铬元素多变价态的影响，铬的碳化产物还包括Cr₃C₂和Cr₂₃C₆），具有熔点高、硬度大、耐磨性好、耐化学腐蚀优良及高温抗氧化性强等特点，能提高机器、部件的使用寿命，可广泛应用于航空航天（发动机）和石油化工领域。但对铬的碳化产物制备研究主要集中在Cr₃C₂，这是由于铬的碳化产物中，Cr₃C₂不仅体积模量最大、抗变形能力最强和硬度最高，且力学和热力学稳定性最好；相比较而言，Cr₇C₃的Cr-C键强度最大，且晶体弹性常数的各向异性最强，因此Cr₇C₃的韧性更好。

目前，制备碳化铬（Cr₃C₂、Cr₇C₃及Cr₂₃C₆）的方法主要为直接碳化法和碳热还原法。

直接碳化法制备碳化铬，主要以炭黑（或纳米炭黑等碳源）和Cr粉为原料，经混合、压制和成型后，在还原性气氛或保护气体的条件下高温碳化。但采用炭黑（或纳米炭黑等碳源）与Cr粉为原料制备碳化铬，其固相反应的温度较高，气氛控制及反应设备等条件要求较高；此外，在Cr粉的碳化反应过程中，往往还需要引入其它添加剂（Ti粉、Zr粉等），制备的碳化铬中容易产生新的杂质相（TiC或ZrC等），降低了碳化铬的纯度。

碳热还原法制备碳化铬，主要以炭黑（或纳米炭黑、树脂等碳源）和Cr₂O₃为原料，经预混（或预烧）后在真空条件下于一定温度热处理。但采用碳热还原法制备碳化铬，其反应产物（Cr₃C₂、Cr₇C₃及Cr₂₃C₆）不易控制，难以制备纯度高、物相组成单一的碳化铬；且炭黑（或纳米炭黑等碳源）、Cr₂O₃（或Cr粉）及其它添加剂等原料的成本较高，进一步增大了碳化铬的制备成本。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、生产成本低和对设备无特殊要求的以铬铁渣为主料的板状Cr₇C₃的制备方法。用该方法所制备以铬铁渣为主料的板状Cr₇C₃不仅纯度高和结晶好，且晶粒生长发育完整和致密化程度优良。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：

步骤一、按铬铁渣︰碳化硅的质量比为100︰(0.5~1)配料，然后在球磨机中球磨至粒度≤100μm，得到铬铁渣粉末。

步骤二、按所述铬铁渣粉末︰碳粉的质量比为100︰(2.5~4)配料，混合0.3~0.5小时，得到混合粉末。

步骤三、将所述混合粉末加入真空电弧炉中，升温至1580~1760℃，保温3~5小时；再除去上层浮渣层，随炉冷却至室温、破碎，即得以铬铁渣为主料的板状Cr₇C₃。