[发明专利]一种氮化钒/氮化铬复合粉末的制备方法及其在聚合磨料中的应用

说明书

本发明涉及磨削技术领域，尤其涉及一种氮化钒/氮化铬复合粉末的制备方法及其在聚合磨料中的应用。其技术要点如下，S1、将碳还原剂、纳米氧化钒和纳米氧化铬球磨混合均匀，得到混合粉末；S2、将所述步骤S1中得到的混合粉末进行干燥；S3、将所述步骤S2中得到的混合粉末在氮气的氛围下微波加热30~120min，微波加热功率为600~1100W。本发明通过梯度微波加热法制备得到的氮化钒/氮化铬复合粉末，纯度高，颗粒均匀；将其应用于聚合磨料中，作为壳层材料，大幅提高抗折强度，进而提高磨削效率，延长聚合磨料使用寿命。

技术领域

本发明涉及磨削技术领域，尤其涉及一种氮化钒/氮化铬复合粉末的制 备方法及其在聚合磨料中的应用。

背景技术

过渡金属氮化物是一类金属间充型化合物，兼具有共价化合物、离子 晶体和过渡金属的性质。此类氮化物大多具有高硬度、优良的热稳定性和 优异的耐腐蚀等性能，这些性能与金属材料有很大差异，更趋向于陶瓷材 料的性能。但是这类材料又具有类似金属的电和磁性能，往往具有良好的 导电性。由于这些特殊的性能，这类材料被广泛应用于高强度工具涂层材 料、钻探材料、切削材料及催化材料。

然而，传统氮化钒(铬)的制备往往需要高温(＞1300℃)和较长的 氮化时间(＞10h)，整个制备过程周期长且能耗高。并且，长时间的高温 反应过程往往导致粉末颗粒的快速长大。因此，传统制备方法往往难以制 备纳米级的氮化物粉末。目前市售的氮化钒(氮化铬)粉末通常为微米级， 并且单一的氮化钒(铬)粉末无法满足其在现代工业的迫切需求。

有鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明人基于从事此类材料多年 丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种氮化钒/氮 化铬复合粉末的制备方法及其在聚合磨料中的应用，采用梯度微波加热的 方法，在降低合成温度的同时，获得一种纯度更高、形态均匀的纳米级氮 化钒/氮化铬复合粉末。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种氮化钒/氮化铬复合粉末的制备方法， 采用梯度微波加热的方式，获得一种纯度更高、形态更均匀的纳米级氮化 钒/氮化铬粉末。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供的一种氮化钒/氮化铬复合粉末的制备方法，包括如下操作 步骤：

S1、将碳还原剂、纳米氧化钒和纳米氧化铬球磨混合均匀，得到混合 粉末；

S2、将步骤S1中得到的混合粉末进行干燥；

S3、将步骤S2中得到的混合粉末在氮气的氛围下微波加热30～120min， 微波加热功率为600～1100W。

本发明以纳米氧化钒和纳米氧化铬为钒和铬源，以纳米碳黑为碳源， 采用微波加热原位还原氮化工艺合成纳米氮化钒/铬粉末。由于原料为纳米 级粉末，其具有较高的比表面积、颗粒之间的接触面积较大、界面原子数 较多、界面区域原子扩散系数较高，使得纳米材料具有较高的化学活性， 可以加速碳热还原氮化反应的进行。并且，微波加热具有加热速度快、加 热均匀、热效率高、安全、清洁、无污染等众多优点，是最佳的加热途径 之一。同时，五氧化二钒和各种形式的碳是良好的吸波材料，由于纳米粉 末处于表面的原子数较多，表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键， 具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活 性；并且纳米粒子直径小，减少了碳、氮原子向基体内部扩散的距离，在 微波加热“非热效应”的作用下加速了反应的进行从而降低了反应的温度。

进一步的，步骤S3中的微波加热分为三个梯度加热。由于氧化铬和氧 化钒在碳还原剂的存在下生成氮化铬和氮化钒的反应是一种逐级的还原反 应，在不同的还原阶段，需要不同的加热温度，若温度过高或过低都会影 响其反应的正向进行，因此采用梯度加热的方式，能够使整个还原反应过 程都在最适宜的温度下进行，避免了杂晶的产生，提高了氮化铬/氮化钒复 合粉末的纯度，同时节约能源。