專利名稱：納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末及其制備方法，屬于納米陶瓷粉體制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，碳化鎢(WC)因其高硬度在切削加工、耐磨領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，WC粉末的耐腐蝕性較差，而且在600°C已開始氧化。所以，WC基硬質(zhì)材料的工作溫度一般在5000C以下。與WC粉末相比，碳化鉻(Cr3C2)具有一系列獨(dú)特的性能①高溫氧化性好，可在800-1000°C長時間服役；②優(yōu)良的耐腐蝕性；③導(dǎo)熱性好；④無磁性； 密度低；@熱膨脹·系數(shù)與鋼接近。由于Cr3C2-Ni金屬陶瓷塊體材料至今仍未解決其顯微組織中孔隙率高的技術(shù)問題，所以目前碳化鉻主要用作熱噴涂粉末，用于600°C以上高溫服役エ況條件下的耐磨防護(hù)涂層。在エ業(yè)應(yīng)用中，碳化鉻基熱噴涂粉末主要是以Cr3C2粉末與Ni (通常還添加了 Cr)粉末為原料形成的復(fù)合粉末。這種Cr3C2-Ni或Cr3C2-NiCr復(fù)合粉末在熱噴涂過程中容易出現(xiàn)硬質(zhì)相Cr3C2晶粒異常長大現(xiàn)象，從而導(dǎo)致涂層的力學(xué)性能降低。另外，高性能熱噴涂涂層對熱噴涂粉末的粒徑提出了更高要求，尋■求納米級Cr3C2-Ni或Cr3C2-NiCr復(fù)合粉末的制備新方法具有重要意義。エ業(yè)上主要有以下幾種制備Cr3C2-Ni復(fù)合粉末的方法直接混合法、壓制燒結(jié)破碎法、粒料燒結(jié)法、噴霧干燥法和熔體霧化法。直接混合法是將Cr3C2和Ni粉末直接混合；壓制燒結(jié)破碎法是將Cr3C2-Ni混合料粉末通過壓制成坯塊，然后高溫?zé)Y(jié)，最后將燒結(jié)體機(jī)械破碎成粉末；粒料燒結(jié)法是將有機(jī)粘結(jié)劑添加到Cr3C2-Ni混合料粉末中，進(jìn)行團(tuán)聚造粒，然后高溫?zé)Y(jié)獲得粉末；熔體霧化法是通過高速氣流沖擊Cr3C2-Ni熔體獲得粉末；噴霧干燥法是將Cr3C2和Ni粉末與液態(tài)有機(jī)溶液混合成均勻料漿，通過噴嘴霧化獲得Cr3C2-Ni霧化粉末，再經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)獲得復(fù)合粉末。上述エ業(yè)制備方法均需先合成Cr3C2粉末，然后再制備Cr3C2-Ni復(fù)合粉末，エ藝復(fù)雜、成本高，難以消除Cr3C2和Ni兩種組分在復(fù)合粉末中的偏聚現(xiàn)象，且所得復(fù)合粉末的粒徑通常為微米級。另外中國發(fā)明專利《一種納米碳化鉻復(fù)合粉末的制備方法，201110070999. 3》公開了如下技木將鎳鉻合金粉末進(jìn)行球磨后置于氣氛爐中，通入包括氫氣和含碳?xì)怏w的混合氣體，并將所述氣氛爐的爐溫保持在650 950°C之間；將經(jīng)過保溫后獲得的Cr3C2-NiCr復(fù)合粉末進(jìn)行破碎分級。該專利所涉及的制備方法，設(shè)備要求高，能耗大，產(chǎn)物純度不好控制。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供ー種可有效抑制熱噴涂時Cr3C2晶粒異常長大的納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末及其制備方法，本方法復(fù)合粉末一次合成，エ藝簡單、參數(shù)易控、成本低。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末，該復(fù)合粉末所含組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為，Ni為10 40% ;余量為WC和Cr3C2，其中WC占WC和Cr3C2兩者總重量的5 30% ;該復(fù)合粉末平均粒徑〈100 nm。納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末的制備方法,其制備步驟為
1)根據(jù)Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末中Cr3C2、WC和Ni的量稱量重鉻酸銨、偏鎢酸銨、可溶鎳鹽和葡萄糖，將重鉻酸銨、偏鎢酸銨、可溶鎳鹽和葡萄糖四種原料置于蒸餾水中，并攪拌均勻制得前驅(qū)體溶液；
2)將上述前驅(qū)體溶液置于干燥箱中，在60 120°C條件下干燥I飛h，得到前驅(qū)體混合 粉末；
3)將上述前驅(qū)體混合粉末置于管式爐中于惰性氣體(Ar氣)保護(hù)下在40(T500°C煅燒至少30min，得到各元素在分子級別上混合均勻的“氧化物一碳”混合物；
4)將上述“氧化物一碳”混合物放入真空碳管爐中，在真空保護(hù)氣氛下，于750 1000°C溫度下保溫0. 5 2h進(jìn)行還原、碳化，得到平均粒徑〈100 nm的粉末；
5)將上述粉末用蒸餾水洗滌，再真空抽濾，循環(huán)3飛次；最后將抽濾后的粉末置于干燥箱中干燥，即得到納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末。 可溶鎳鹽為硝酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳中的ー種或任意兩種或三種任意比例的混合物。所述第I)步得到的前驅(qū)體溶液中含有催化劑K2CO3，其含量為原料總重量的0. 5 5%。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、在Cr3C2-Ni復(fù)合粉末體系中添加適量的WC，可有效抑制熱噴涂時Cr3C2晶粒的異常長大，可以增強(qiáng)涂層的力學(xué)性能。2、本發(fā)明納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末，即可作為熱噴涂粉末制備高溫耐磨涂層，也可用于高性能Cr3C2基金屬陶瓷制備所需的混合料粉末。3、本發(fā)明以重鉻酸銨、偏鎢酸銨、可溶鎳鹽、葡萄糖作為原料，來源豐富、價格低，節(jié)約成本。4、本發(fā)明同時從三個技術(shù)層面來降低反應(yīng)溫度和縮短反應(yīng)時間，獲取具有納米粒徑的復(fù)合粉末(I)采用前驅(qū)體原料實(shí)現(xiàn)反應(yīng)物體系中各元素在分子級別上混合均勻，縮短化學(xué)反應(yīng)中原子的遷移距離；(2)采用真空碳化降低反應(yīng)產(chǎn)物中氣體的分壓，利于碳化反應(yīng)進(jìn)行；(3)添加K2CO3作為催化劑，加速反應(yīng)進(jìn)程。最終實(shí)現(xiàn)在750 1000°C條件下保溫0. 5 2h制備納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末。5、本發(fā)明所制備的Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末，其平均粒徑〈100 nm，組元元素分布均勻，且雜質(zhì)含量少。6、本發(fā)明エ藝簡單、參數(shù)易控、成本低，操作方便，無需先獲得Cr3C2粉末，再制備復(fù)合粉末，所有組分的還原、碳化和復(fù)合エ藝過程均通過一次碳化操作完成，所用設(shè)備為常規(guī)設(shè)備，適合エ業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末所含組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為，Ni為10 40% ;余量為WC和Cr3C2，其中WC占WC和Cr3C2兩者總重量的5 30% ;該復(fù)合粉末平均粒徑〈100 nm。本納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末的制備方法為
1)本發(fā)明使用重鉻酸銨、偏鎢酸銨、可溶Ni鹽和葡萄糖分別作為氧化鉻、氧化鎢、氧化鎳和碳的前驅(qū)體原料，根據(jù)Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末中Cr3C2、WC和Ni的量稱量重鉻酸銨、偏鎢酸銨、可溶鎳鹽和葡萄糖，首先將上述原料置于蒸餾水中，并攪拌均勻制得前驅(qū)體溶液；在此過程中還特別添加了 K2CO3作為反應(yīng)催化劑，其含量為上述原料總重量的0. 5^5% ;蒸餾水的量以確保四種原料和催化劑能夠充分溶解即可；
2)將上述前驅(qū)體溶液置于鼓風(fēng)干燥箱中，在60 120°C條件下干燥l_5h，得到前驅(qū)體混合粉末；
3)將上述前驅(qū)體混合粉末置于管式爐中于惰性氣體(通常為Ar氣)保護(hù)下在40(T500°C煅燒至少30min，得到各元素在分子級別上混合均勻的“氧化物一碳”混合物；“氧化物ー碳”混合物即氧化鉻、氧化鎢、氧化鎳和碳的混合物；
4)將上述“氧化物一碳”混合物放入真空碳管爐中，在真空保護(hù)氣氛下，于750 1000°C溫度下保溫0. 5 2h進(jìn)行還原、碳化，得到平均粒徑〈100 nm的粉末。5)將上述粉末用蒸餾水洗滌，再真空抽濾，循環(huán)3飛次；最后將抽濾后的粉末置于干燥箱中，在80-120°C條件下干燥2-3h，即得到納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末?？扇苕圎}為硝酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳中的ー種或任意兩種或三種任意比例的混合物。以下給出實(shí)施例以對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。實(shí)施例I
按照Cr3C2 : WC : Ni為85. 5 :4. 5 10的質(zhì)量比，稱取四種原料將重鉻酸銨22. 40g、偏鎢酸銨0.72g、硝酸鎳6. 18g、葡萄糖20.70g和K2CO3 0. 25g，溶于200ml蒸餾水中，并攪拌均勻制得前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液置于鼓風(fēng)干燥箱中，在100°C條件下干燥3h，得到前驅(qū)體混合粉末；將該前驅(qū)體混合粉末置于管式爐中于Ar氣保護(hù)下在400°C煅燒lh，得到各元素在分子級別上混合均勻的“氧化物ー碳”混合物；將該“氧化物ー碳”混合物放入真空碳管爐中，在真空保護(hù)氣氛下于750°C保溫2h進(jìn)行還原、碳化，得到平均粒徑〈100 nm的粉末；用0. 5L蒸餾水洗滌該粉末25min，再真空抽濾，循環(huán)3次；最后將抽濾后的碳化粉末置于干燥箱中，在80°C條件下干燥3h，即得到最終的納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末。實(shí)施例2
按照Cr3C2 : WC : Ni為63 27 10的質(zhì)量比，稱取四種原料將重鉻酸銨18. 15g、偏鎢酸銨4. 76g、硝酸鎳6. 77g、葡萄糖20. 32g和K2CO3 0. 5g，溶于200ml蒸餾水中，并攪拌均勻制得前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液置于鼓風(fēng)干燥箱中，在100°C條件下干燥3h，得到前驅(qū)體混合粉末；將該前驅(qū)體混合粉末置于管式爐中于Ar氣保護(hù)下在400°C煅燒lh，得到各元素在分子級別上混合均勻的“氧化物ー碳”混合物；將該“氧化物ー碳”混合物放入真空碳管爐中，在真空保護(hù)氣氛下于750°C保溫2h進(jìn)行還原、碳化，得到平均粒徑〈100 nm的粉末；用0. 5L蒸餾水洗滌該粉末25min，再真空抽濾，循環(huán)3次；最后將抽濾后的碳化粉末置于干燥箱中，在80°C條件下干燥3h，即得到最終的納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末。實(shí)施例3
按照Cr3C2 : WC : Ni為57 3 40的質(zhì)量比，稱取四種原料將重鉻酸銨14. 08g、偏鎢酸銨0. 46g、氯化鎳19. 05g、葡萄糖16. 41g和K2CO3 I. 5g,溶于200ml蒸懼水中，并攪拌均勻制得前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液置于鼓風(fēng)干燥箱中，在120°C條件下干燥lh，得到前驅(qū)體混合粉末；將該前驅(qū)體混合粉末置于管式爐中于Ar氣保護(hù)下在500°C煅燒30min，得到各元素在分子級別上混合均勻的“氧化物ー碳”混合物；將該“氧化物ー碳”混合物放入真空碳管爐中，在真空保護(hù)氣氛下于900°C保溫Ih進(jìn)行還原、碳化，得到平均粒徑〈100 nm的粉末；用
0.5L蒸餾水洗滌該粉末25min，再真空抽濾，循環(huán)3次；最后將抽濾后的碳化粉末置于干燥箱中，在80°C條件下干燥3h，即得到最終的納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末。
實(shí)施例4
按照Cr3C2 : WC : Ni為42 18 40的質(zhì)量比，稱取四種原料將重鉻酸銨10. 54g、偏鎢酸銨2. 78g、硫酸鎳21. 41g、葡萄糖15. 27g和K2CO3 2. 5g，溶于200ml蒸餾水中，并攪拌均勻制得前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液置于鼓風(fēng)干燥箱中，在60°C條件下干燥5h，得到前驅(qū)體混合粉末；將該前驅(qū)體混合粉末置于管式爐中于Ar氣保護(hù)下在500°C煅燒30min，得到各元素在分子級別上混合均勻的“氧化物ー碳”混合物；將該“氧化物ー碳”混合物放入真空碳管爐中，在真空保護(hù)氣氛下于1000°C保溫0.5h進(jìn)行還原、碳化，得到平均粒徑〈100 nm的粉末；用0. 5L蒸餾水洗滌該粉末25min，再真空抽濾，循環(huán)5次；最后將抽濾后的碳化粉末置于干燥箱中，在80°C條件下干燥3h，即得到最終的納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末。
權(quán)利要求
1.納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末，其特征在于該復(fù)合粉末所含組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為，Ni為10 40%;余量為WC和Cr3C2，其中WC占WC和Cr3C2兩者總重量的5 30% ;該復(fù)合粉末平均粒徑〈100 nm。
2.納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于，其制備步驟為 1)根據(jù)Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末中Cr3C2、WC和Ni的量稱量重鉻酸銨、偏鎢酸銨、可溶鎳鹽和葡萄糖，將重鉻酸銨、偏鎢酸銨、可溶鎳鹽和葡萄糖四種原料置于蒸餾水中，并攪拌均勻制得前驅(qū)體溶液； 2)將上述前驅(qū)體溶液置于干燥箱中，在60 120°C條件下干燥I飛h，得到前驅(qū)體混合粉末； 3)將上述前驅(qū)體混合粉末置于管式爐中于惰性氣體保護(hù)下在40(T50(TC煅燒至少30min,得到各元素在分子級別上混合均勻的“氧化物ー碳”混合物； 4)將上述“氧化物一碳”混合物放入真空碳管爐中，在真空保護(hù)氣氛下，于750 1000°C溫度下保溫0. 5 2h進(jìn)行還原、碳化，得到平均粒徑〈100 nm的粉末； 5)將上述粉末用蒸餾水洗滌，再真空抽濾，循環(huán)3飛次；最后將抽濾后的粉末置于干燥箱中干燥，即得到納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于所述可溶鎳鹽為硝酸鎳、氯化鎳和硫酸鎳中的ー種或任意兩種或三種任意比例的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于所述第I)步得到的前驅(qū)體溶液中含有催化劑K2CO3，其含量為原料總重量的0. 5 5%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米Cr3C2-WC-Ni復(fù)合粉末及其制備方法，復(fù)合粉末各組分百分?jǐn)?shù)為，Ni為10～40％；余量為WC和Cr3C2，其中WC占WC和Cr3C2兩者總重量的5~30％。制備步驟為將重鉻酸銨、偏鎢酸銨、可溶鎳鹽和葡萄糖與蒸餾水?dāng)嚢杈鶆蛑频们膀?qū)體溶液并干燥得到前驅(qū)體混合粉末；將前驅(qū)體混合粉末在400~500℃煅燒，得到“氧化物—碳”混合物；將“氧化物—碳”混合物在真空保護(hù)氣氛下，于750～1000℃溫度下保溫0.5～2h進(jìn)行還原、碳化，得到粉末；將上述粉末洗滌、抽濾、干燥，即得。本發(fā)明可有效抑制熱噴涂時Cr3C2晶粒異常長大，本方法復(fù)合粉末一次合成，工藝簡單、參數(shù)易控、成本低。
文檔編號B22F9/24GK102839313SQ201210288068
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者金永中, 羅宏, 鄧建國, 曾憲光, 葉發(fā)明 申請人:四川理工學(xué)院