[发明专利]一种纳米Cr3C2粉的制备方法及其在多元合金涂层中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种纳米Cr₃C₂粉的制备方法及其在多元合金涂层中的应用。

背景技术

碳化铬具有较高的熔点、硬度和高温强度，在冶金、电子、催化剂和高温涂层材料等方面具有广泛应用。其中，碳化铬作为晶粒抑制剂在硬质合金、金属陶瓷领域具有重要作用。工业应用中需要的是粒度细、相组成单一的碳化铬粉末，例如在制备超细硬质合金时，WC粉的粒径要小于200nm，烧结时要采用高压低温的HIP烧结技术，另外还要加入碳化铬晶粒长大抑制剂。如果采用粉末粒度为2～5μm碳化铬作为晶粒长大抑制剂，则会由于颗粒粗大的碳化铬粉末比表面小、表面活化能低、原子迁移速度慢，而难以抑制WC的晶粒长大，从而导致超细硬质合金的性能难以得到进一步提高。因此，高性能超细硬质合金等领域迫切需要纳米级碳化铬粉末。但是，制备碳化铬粉末通常采用Cr2O3与碳黑混合高温还原碳化法。例如，1996年汪兆泉等人在专利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。另外，2004年吴恩熙等人在专利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H2或H2/CH4碳化，增加了生产成本。2006年郝俊杰等人在专利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、纳米碳黑、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。

美国Rutger大学的Sadangi等人利用“喷雾干燥→还原分解→气相碳化”工艺制备了粒度为0.6μm的碳化铬粉末(参见R.K.Sadangi，L.E.McCandlish，B.H.Kear，P.Seegopaul.Synthesisandcharacterizationofsubmicronvanadiumandchromiumcarbidegraingrowthinhibitors.AdvancesinPowderMetallurgy&ParticularMaterials，1998：P9-P15)。其工艺过程为：首先制备含Cr的前驱体溶液，然后进行喷雾干燥，再将喷雾干燥的粉末进行热解，将热解后的产物用CH4/H2混合气体进行气相碳化。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。

经检索，中国专利申请，公开号：CN101830463A，公开日：2012.05.23，公开了一种纳米碳化铬粉末的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：a、按重量比取粉状铬盐6.6g～15.0g和碳质还原剂1.7g～4.3g，将它们溶于去离子水或蒸馏水中，并搅拌均匀，制得溶液或混合液；b、然后将该溶液或混合液在100～200℃条件下加热1～3h，在50～100℃条件下干燥1～5h，最后得到含有铬源和碳源的前驱体粉末；c、将前驱体粉末置于高温反应炉中，真空、氩气或氢气气氛保护条件下，于800～1100℃、0.5～2h条件下碳化得到平均粒径＜100nm，粒度分布均匀的碳化铬粉末。本发明不仅可满足碳化铬粉末在冶金、电子、催化剂和高温涂层材料等领域的应用，并具有节约能源、降低生产成本，且工艺简单特点。但碳化铬粉末应用于合金钢层和普通钢层时的结合强度不高，尤其应用于热轧辊时，很容易因应力变化而发生剥落而失效。

发明内容

发明要解决的技术问题