[发明专利]一种氮化钒的前驱体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氮化钒的前驱体及其制备方法。其技术方案是：含钒溶液中的V∶碳质还原剂中的C的质量比为1∶(0.2～1)，在搅拌条件下向含钒溶液中加入碳质还原剂，得到浆体I；按V∶NH₃的摩尔比为1∶(3～9)，在搅拌条件下向浆体I中加入沉淀剂，得到浆体II；将浆体II的pH值调至1.5～3.0，置于微波化学反应器中，在微波功率为250～600W、搅拌转速为100～600r/min和温度为80～100℃的条件下搅拌10～50min，固液分离，得到滤渣；将滤渣在80～150℃条件下烘干0.5～6h，制得氮化钒的前驱体。本发明制备时间短和制备工艺简单，所制备的氮化钒的前驱体具有钒与碳充分混合、颗粒粒径均匀和比表面积大的特点，所制备的氮化钒的氮含量高。

技术领域

本发明属于氮化钒的前驱体技术领域。具体涉及一种氮化钒的前驱体及其制备方法。

背景技术

氮化钒是一种新型的合金添加剂，在钢中通过细化晶粒和强化析出提高钢的韧性、强度、延展性及耐磨性等综合机械性能，并能有效改善钢的焊接性能。与钒铁相比，氮化钒的添加可节约钒的加入量，从而降低成本。氮化钒的前驱体作为制备氮化钒的中间产物，其制备过程引起极大关注，良好的前驱体能有效优化氮化钒的制备过程并提高氮化钒的综合性能。

现有制备氮化钒的前驱体大多是用氧化钒作钒源，与碳质还原剂共磨混匀，加入粘结剂造块，存在原料混合不均的问题。改进技术中将钒酸铵溶于去离子水中并加入碳质还原剂，制得前驱体，制备过程复杂；还将碳质还原剂加入含钒溶液中，通过沉钒的方法制得前驱体，该方法存在沉钒时间长、前驱体粒径不均匀和比表面积小等问题。

“一种简易的氮化钒生产方法”(CN102173395A)专利技术，以V₂O₅粉和石墨按4∶1的质量比在干混机充分混合，按100∶15的质量比在混合粉中加4％聚乙烯醇水溶液，在湿混机混合，压球制得前驱体；然后将前驱体在800℃预还原5h，升温至1350℃深度还原6h，再升温至1600℃经过6～10h氮化烧结，冷却，得到氮化钒。该工艺前驱体制备经过两次混匀过程，混匀流程复杂，且混合不均匀。

“前驱体碳化/氮化法制备纳米氮化钒粉末”(中国陶瓷[J].2009，45(11)：59-61.doi:10.16521/j.cnki.issn.1001-9642.2009.11.010)，将粉状偏钒酸铵和纳米碳黑溶于去离子水中，搅拌制备混合液，将混合液加热、干燥得到前驱体粉末。所得前驱体经过碳化/氮化得到纳米氮化钒粉末。该工艺前驱体制备是将粉状偏钒酸铵和纳米碳黑溶于去离子水，搅拌制备混合液，将混合液再加热、干燥得到，制备过程复杂，制备成本高。

“A novel method to synthesize vanadium nitride nanopowders by ammoniareduction from combustion precursors”(Journal of Alloys and Compounds.2019,772,808-813.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2018.09.112)，以偏钒酸铵为钒源，硝酸铵为氧化剂，甘氨酸为燃料，采用超快SCS法制备VO₂前驱体，再经过还原氮化反应制备氮化钒。该方法制备VO₂前驱体的时候需加入氧化剂和燃料燃烧产生热量，工艺复杂，同时使制备成本增高。

“一种用含钒溶液制备钒氮合金的方法”(CN107058855A)专利技术，以含钒溶液为钒源，将碳质还原剂加入含钒溶液中沉钒1h，将沉钒产物烘干，得到前驱体；然后经过高温还原氮化，冷却出炉，破碎磨细，压块，制得钒氮合金。该工艺制备前驱体的过程中的沉钒时间较长，制备的颗粒粒径较大且颗粒分布范围广，比表面积较小。

综上所述，现有制备氮化钒的前驱体需多次混合后仍存在混合不均匀的问题，通过沉钒的方法制备前驱体时存在沉钒时间长、粒径不均匀和比表面积小的问题。

发明内容