[发明专利]一种转底炉制备钛氮合金的方法

说明书

本发明提供了一种转底炉制备钛氮合金的方法，属于材料制备技术领域；将二氧化钛、碳质还原剂和粘结剂混合后造球，得到球状原料；将所述球状原料置于转底炉中，依次进行低温预热反应、高温还原‑氮化反应，得到钛氮合金；所述高温还原‑氮化反应是在氮气氛围中进行。本发明充分利用转底炉工作的三个区域(低温预热区、高温还原区、冷却区)；相较于传统钛氮合金制备工艺，本发明的方法热量损失少，制备时间短；且制备过程中会有CO的形成，减少了钛氮合金中氧含量，提高了钛氮合金的硬度和强度以及耐磨性。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种转底炉制备钛氮合金的方法。

背景技术

自1975年以来，低碳微合金化钢因其节能和节省资源，并具有高强度和高韧塑性等优异的综合性能而得到了飞速发展。目前，石油、化工、汽车、造船、建材等行业对材料提出了更为苛刻的强度、韧性及焊接性能等要求，加之冶炼、加工、热处理等工艺的进一步发展，生产微合金化钢材已成为必然趋势。

钛是早期微合金钢的主要微合金化元素，值得重视的是钛的碳化物、氮化物在炼钢中的作用。与Nb、V相比，钛在钢中主要以TiC、TiN或Ti(CN)的形态存在，同时具有细化晶粒和沉淀强化双重效果。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒；降低时效敏感性和冷脆性，增强钢的强度和韧性，改善焊接性能。添加微量的钛元素能提高钢抗高温、高压、H₂、N₂、NH₃等气体的腐蚀能力，与其它元素配合使用还能提高钢抗海水及H₂S腐蚀的能力。

钛及其合金以其比强度高、耐高温的特点，成为宇航工业的理想材料，同时其良好的耐腐蚀性，又成为航海、石油、化工、医药等行业的理想材料，并在汽车工业有较好的应用前景。与普通钛合金相比，钛基复合材料(TMCs)具有更高的比强度和比模量，极佳的抗疲劳和抗蠕变性能，以及优异的高温性能和耐蚀性能，可用于高温、高压，酸、碱、盐条件下的结构材料，并可大幅度降低成本，被认为是改善钛材性能及应用的新材料。

中国专利CN103305710A提供的一种钛氮合金及其制备工艺，以金红石精矿粉和炭黑为原料，将金红石精矿粉和炭黑搅拌4～8小时后进行压制成球，压好的球再裹上一层0.5～1.5mm的炭黑粉，然后才将造好的球放入反应炉内，分阶段控温加热以及氮化反应。该方法制备钛氮合金氮含量高、能耗低，但工艺时间长，且原料造球阶段较为复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种转底炉制备钛氮合金的方法，本发明提供的方法能耗低，工艺时间短，得到的钛氮合金中氧含量少，具有优异的硬度、强度以及耐磨性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种转底炉制备钛氮合金的方法，包括以下步骤：

将二氧化钛、碳质还原剂和粘结剂混合后造球，得到球状原料；

将所述球状原料置于转底炉中，依次进行低温预热反应、高温还原-氮化反应，得到钛氮合金；所述高温还原-氮化反应在氮气氛围中进行。

优选地，所述二氧化钛和碳质还原剂中碳的摩尔比为1：2.5～4。

优选地，所述碳质还原剂包括石墨、炭黑和活性炭中的一种或几种。

优选地，所述粘结剂包括聚丙烯酰胺、聚乙烯醇和环氧树脂系胶结剂中的一种或几种。

优选地，所述低温预热反应的温度为500～680℃，保温时间为5～15min。

优选地，所述高温还原-氮化反应的温度为1600～2000℃，保温时间为10～50min。

优选地，所述氮气的气流量为1500～2500mL/min。

优选地，所述转底炉的转速为30～80min/r。