[发明专利]一种宏晶Cr3C2陶瓷粉末的生产方法

说明书

技术领域

本发明属于硬面材料Cr₃C₂陶瓷粉末的生产方法，特别是一种生产纯度高、 性能优、籽晶粒度大的Cr₃C₂陶瓷粉末的生产方法。采用该方法生产的Cr₃C₂陶瓷粉末具有优良的物理机械性能，既可作为硬面材料广泛用于矿山工具、 冲压模具、石油钻采工具的生产中，又可直接用作合金原料生产金属陶瓷制 品。

背景技术

碳化铬(Cr₃C₂)基硬面材料具有与铸造碳化钨(WC)几乎相同的硬度及 耐磨、耐腐蚀特性。随着其制造工艺的不断发展和使用技术的日新月异，以 及相应补强、硬面处理技术的日臻完善，碳化铬(Cr₃C₂)硬面材料的应用范 围越来越广阔，不仅涉及到一些基础和传统产业，而且在高新技术领域也显 示出非常广阔的应用前景。传统的碳化铬是作为焊接材料的添加剂用，由于 耐磨性能良好，用它制成的焊条，堆焊在某些机械设备的工作面上(如磨煤机、 球磨机、颚板等)，可将使用寿命提高几倍以上。随着耐磨材料应用不断广泛、 深入，碳化铬粉的需求量日益增加。目前世界上对Cr₃C₂陶瓷粉末的需求呈现 两种趋势，一种是超细Cr₃C₂陶瓷粉末，另一种是粗晶Cr₃C₂陶瓷粉末。实验 结果证明，粗晶Cr₃C₂陶瓷粉末在高温条件下具有结构缺陷较少、显微硬度高、 微观应变小等优点，用以生产的合金制品及作硬面材料具有较高的强度及韧 性、且其籽晶粒度越大其综合性能越好。传统Cr₃C₂陶瓷粉末的生产方法，其 一是以Cr₂O₃为原料生产Cr₃C₂陶瓷粉末，该方法是将Cr₂O₃与固体碳球磨混合 、直接经二次碳化而成，采用此方法碳化温度较高、碳化时间较长，而在形 成Cr₃C₂相的过程中有熔点分别为1665℃和1550℃的Cr₇C₃和Cr₂₃C₆两中 间相形成，又由于Cr₂O₃先驱体的粒度比较小，该方法生产的Cr₃C₂陶瓷粉末 其粉末粒度一般仅为2～5μm的细粉，因其性能所限只能用作合金材料、 焊接材料的添加剂等，而不能够满足作硬面材料对其性能的要求；其二是将 原料Cr粉与石墨粉混合，并加入羧甲基纤维素之类的粘合剂混料、压制成料 坯，再经碳化、除杂、干燥，破碎得粗晶碳化铬(Cr₃C₂)粉末。吉林铁合金 有限责任公司所公开的采用金属铬粉生产粗晶碳化铬(Cr₃C₂)粉末即属于此 种方法；该方法虽然具有工艺简单，但却存在以下缺陷：一是Cr的密度远大 于C(碳)，两者之间的密度差造成在碳化过程中产生微观应力，易使晶粒炸 裂、变细；二是在碳化过程中C从Cr颗粒表面向内部渗透，表面首先形成 Cr₂₃C₆，接着形成Cr₇C₃，最后向深处发展形成Cr₃C₂，颗粒从表面至中心形 成Cr₂₃C₆、Cr₇C₃和Cr₃C₂三层，随着C进一步向内部扩散，Cr、Cr₂₃C₆、Cr₇C₃逐渐消失；因此，采用该方法生产的Cr₃C₂粉从芯部到表层存在C的梯度， 严重地影响Cr₃C₂粉末的质量。此外，铬的碳化机理，从铬-碳状态图可以 看出，碳化过程中铬与碳形成Cr₂₃C₆、Cr₇C₃、Cr₃C₂三种化合物时、碳在铬中的 扩散系数与温度的关系式如下：