專利名稱：納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末及其制備方法，屬于納米陶瓷粉體制備領域。
背景技術：
目前，碳化鎢(WC)因其高硬度在切削加工、耐磨領域得到了廣泛應用。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)具有一系列獨特的性能①高溫氧化性好，可在800-1000°C長時間服役；②優良的耐腐蝕性；③導熱性好；④無磁性； 密度低；@熱膨脹·系數與鋼接近。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涂層。在エ業應用中，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合粉末。這種Cr3C2-Ni或Cr3C2-NiCr復合粉末在熱噴涂過程中容易出現硬質相Cr3C2晶粒異常長大現象，從而導致涂層的力學性能降低。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復合粉末的制備新方法具有重要意義。エ業上主要有以下幾種制備Cr3C2-Ni復合粉末的方法直接混合法、壓制燒結破碎法、粒料燒結法、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；壓制燒結破碎法是將Cr3C2-Ni混合料粉末通過壓制成坯塊，然后高溫燒結，最后將燒結體機械破碎成粉末；粒料燒結法是將有機粘結劑添加到Cr3C2-Ni混合料粉末中，進行團聚造粒，然后高溫燒結獲得粉末；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粉末與液態有機溶液混合成均勻料漿，通過噴嘴霧化獲得Cr3C2-Ni霧化粉末，再經過高溫燒結獲得復合粉末。上述エ業制備方法均需先合成Cr3C2粉末，然后再制備Cr3C2-Ni復合粉末，エ藝復雜、成本高，難以消除Cr3C2和Ni兩種組分在復合粉末中的偏聚現象，且所得復合粉末的粒徑通常為微米級。另外中國發明專利《一種納米碳化鉻復合粉末的制備方法，201110070999. 3》公開了如下技木將鎳鉻合金粉末進行球磨后置于氣氛爐中，通入包括氫氣和含碳氣體的混合氣體，并將所述氣氛爐的爐溫保持在650 950°C之間；將經過保溫后獲得的Cr3C2-NiCr復合粉末進行破碎分級。該專利所涉及的制備方法，設備要求高，能耗大，產物純度不好控制。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發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復合粉末及其制備方法，本方法復合粉末一次合成，エ藝簡單、參數易控、成本低。本發明的技術方案是這樣實現的
納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末，該復合粉末所含組分及各組分的重量百分數為，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% ;該復合粉末平均粒徑〈100 nm。納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末的制備方法,其制備步驟為
1)根據Cr3C2-WC-Ni復合粉末中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體溶液；
2)將上述前驅體溶液置于干燥箱中，在60 120°C條件下干燥I飛h，得到前驅體混合 粉末；
3)將上述前驅體混合粉末置于管式爐中于惰性氣體(Ar氣)保護下在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，在真空保護氣氛下，于750 1000°C溫度下保溫0. 5 2h進行還原、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%。相比現有技術，本發明具有以下優點
I、在Cr3C2-Ni復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，可以增強涂層的力學性能。2、本發明納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末，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，節約成本。4、本發明同時從三個技術層面來降低反應溫度和縮短反應時間，獲取具有納米粒徑的復合粉末(I)采用前驅體原料實現反應物體系中各元素在分子級別上混合均勻，縮短化學反應中原子的遷移距離；(2)采用真空碳化降低反應產物中氣體的分壓，利于碳化反應進行；(3)添加K2CO3作為催化劑，加速反應進程。最終實現在750 1000°C條件下保溫0. 5 2h制備納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末。5、本發明所制備的Cr3C2-WC-Ni復合粉末，其平均粒徑〈100 nm，組元元素分布均勻，且雜質含量少。6、本發明エ藝簡單、參數易控、成本低，操作方便，無需先獲得Cr3C2粉末，再制備復合粉末，所有組分的還原、碳化和復合エ藝過程均通過一次碳化操作完成，所用設備為常規設備，適合エ業化生產。
具體實施例方式本發明納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末所含組分及各組分的重量百分數為，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% ;該復合粉末平均粒徑〈100 nm。本納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末的制備方法為
1)本發明使用重鉻酸銨、偏鎢酸銨、可溶Ni鹽和葡萄糖分別作為氧化鉻、氧化鎢、氧化鎳和碳的前驅體原料，根據Cr3C2-WC-Ni復合粉末中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體溶液；在此過程中還特別添加了 K2CO3作為反應催化劑，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)將上述前驅體溶液置于鼓風干燥箱中，在60 120°C條件下干燥l_5h，得到前驅體混合粉末；
3)將上述前驅體混合粉末置于管式爐中于惰性氣體(通常為Ar氣)保護下在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，在真空保護氣氛下，于750 1000°C溫度下保溫0. 5 2h進行還原、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。以下給出實施例以對本發明作進ー步詳細說明。實施例I
按照Cr3C2 : WC : Ni為85. 5 :4. 5 10的質量比，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體溶液；將前驅體溶液置于鼓風干燥箱中，在100°C條件下干燥3h，得到前驅體混合粉末；將該前驅體混合粉末置于管式爐中于Ar氣保護下在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，在真空保護氣氛下于750°C保溫2h進行還原、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復合粉末。實施例2
按照Cr3C2 : WC : Ni為63 27 10的質量比，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體溶液；將前驅體溶液置于鼓風干燥箱中，在100°C條件下干燥3h，得到前驅體混合粉末；將該前驅體混合粉末置于管式爐中于Ar氣保護下在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，在真空保護氣氛下于750°C保溫2h進行還原、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復合粉末。實施例3
按照Cr3C2 : WC : Ni為57 3 40的質量比，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體溶液；將前驅體溶液置于鼓風干燥箱中，在120°C條件下干燥lh，得到前驅體混合粉末；將該前驅體混合粉末置于管式爐中于Ar氣保護下在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，在真空保護氣氛下于900°C保溫Ih進行還原、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復合粉末。
實施例4
按照Cr3C2 : WC : Ni為42 18 40的質量比，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體溶液；將前驅體溶液置于鼓風干燥箱中，在60°C條件下干燥5h，得到前驅體混合粉末；將該前驅體混合粉末置于管式爐中于Ar氣保護下在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，在真空保護氣氛下于1000°C保溫0.5h進行還原、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復合粉末。
權利要求
1.納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末，其特征在于該復合粉末所含組分及各組分的重量百分數為，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% ;該復合粉末平均粒徑〈100 nm。
2.納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末的制備方法，其特征在于，其制備步驟為 1)根據Cr3C2-WC-Ni復合粉末中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體溶液； 2)將上述前驅體溶液置于干燥箱中，在60 120°C條件下干燥I飛h，得到前驅體混合粉末； 3)將上述前驅體混合粉末置于管式爐中于惰性氣體保護下在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，在真空保護氣氛下，于750 1000°C溫度下保溫0. 5 2h進行還原、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復合粉末。
3.根據權利要求I所述的納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末的制備方法，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.根據權利要求I所述的納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末的制備方法，其特征在于所述第I)步得到的前驅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
本發明公開了一種納米Cr3C2-WC-Ni復合粉末及其制備方法，復合粉末各組分百分數為，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攪拌均勻制得前驅體溶液并干燥得到前驅體混合粉末；將前驅體混合粉末在400~500℃煅燒，得到“氧化物—碳”混合物；將“氧化物—碳”混合物在真空保護氣氛下，于750～1000℃溫度下保溫0.5～2h進行還原、碳化，得到粉末；將上述粉末洗滌、抽濾、干燥，即得。本發明可有效抑制熱噴涂時Cr3C2晶粒異常長大，本方法復合粉末一次合成，工藝簡單、參數易控、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 優先權日2012年8月14日
發明者金永中, 羅宏, 鄧建國, 曾憲光, 葉發明 申請人:四川理工學院