[发明专利]一种真空碳热还原原位制备Fe/TiC复合粉体的方法

说明书

一种真空碳热还原原位制备Fe/TiC复合粉体的方法，以二氧化钛、碳质还原剂和铁或氧化铁为原料，按照一定质量比混合搅拌均匀；将混合粉末压块后放入真空高温炉中加热，在1300～1600℃、10～200Pa压强下保温1～2小时，最终得到Fe/TiC复合粉体材料。本发明的有益效果是：(1)采用二氧化钛、碳质还原剂和铁或氧化铁为原料，相比于传统制备方法成本更加低廉，工艺流程简单，且易于工业化生产；(2)采用原位合成的方法，高温下二氧化钛被铁液中的碳还原，直接原位生成TiC，使TiC均匀的分布在铁相中，且避免了Fe/TiC界面之间存在杂质；(3)采用真空的方式，促进反应进行，有利于降低铁相中溶解碳的含量，同时脱氧更彻底，得到纯度较高的复合粉体。因此，在成本，流程和纯度等方面具有明显的优势。

技术领域

本发明属于复合材料以及硬质合金领域，具体涉及一种Fe/TiC复合粉体的制备方法。

背景技术

近年来陶瓷金属复合材料因其优异的耐磨性和硬度，以及优异的比模量和强度而成为当前研究的热点。钢结硬质合金最早出现于20世纪60年代初，是一种兼有钢和碳化物特性的创新型陶瓷金属复合材料。在各种碳化物中，碳化钛具有NaCl型立方晶系结构，晶胞参数是0.4327nm，空间群为Fm3m，具有高熔点、高硬度、耐磨、耐腐蚀的特点，同时还具有良好的导热性、导电性和化学稳定性，是一种很有前途的金属陶瓷增强材料。在大多数钢结硬质合金中，由于Fe/TiC之间具有优异的润湿性能，因此Fe/TiC复合材料是一种很有前途的金属陶瓷复合材料。

Fe/TiC复合粉体是具有金属光泽的灰色粉末，具有很高的熔点和硬度、良好的热稳定性和机械稳定性、极好的耐腐蚀性等优点。研究表明Fe/TiC复合材料在高浓度SO2和SiO2细颗粒气流中的耐高温冲蚀磨损性能优于Co基高温合金；利用真空溅射技术在掘进机截齿表面形成Fe/TiC复合材料涂层，可使掘进机截齿寿命提高3～5倍。同时，Fe/TiC复合粉体应用于铸铁部件表面，能大大提升其耐磨性能。因此Fe/TiC复合粉体正引起国内外学者的广泛关注。Fe/TiC复合粉体的合成方法有：原位合成法、自蔓延高温合成法、热喷涂法、熔铸法等。目前TiC系钢结硬质合金的传统生产制备方法为粉末冶金法，又称固态金属扩散法。该法是将固态黏结相金属钢粉和增强颗粒TiC粉机械混合后，在一定的温度和压力下压制，烧结成型。然而TiC粉价格比较高，同时容易氧化，在其表面形成一层氧化物薄膜，使得后续的粉末冶金过程中TiC表面与Fe的接触变差,不能紧密黏结在一起，严重影响最终产物的材料性能以及纯度。

发明内容

本发明公开了一种真空碳热还原原位制备Fe/TiC复合粉体的方法，以二氧化钛、碳质还原剂和铁或氧化铁为原料，按照一定质量比混合搅拌均匀；将混合粉末压块后放入真空高温炉中加热，在1300～1600℃、10～200Pa压强下保温1～2小时，最终得到Fe/TiC复合粉体材料。

一种真空碳热还原原位制备Fe/TiC复合粉体的方法，，其特征在于：

步骤一、以二氧化钛、碳质还原剂和铁或氧化铁为原料；

步骤二、将原料按照一定质量比进行混料，充分混匀，并进行压块成型；

步骤三、将得到的块状原料，放入真空高温炉中，在10～200Pa压强下，在1300～1600℃保温1-2h；

步骤四、将步骤三中得到的产物球磨后，得到碳化钛均匀分布，碳化钛粒度为0.51～5μm，含氧量低于1wt.％的Fe/TiC复合粉体。

所述的二氧化钛、碳和铁原料质量比为20:9:5～35；所述的二氧化钛、碳和氧化铁原料质量比为20:10.6～20.25.:7.14～50；所述的混料方式包含研磨、搅拌；所述的压块压强为150～250MPa；所述的Fe/TiC复合粉体中碳化钛的质量分数25wt.％～70wt.％。