碳化鈦和碳化釩復合材料及其生產(chǎn)方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及碳化鈦和碳化釩復合材料及其生產(chǎn)方法和應用，屬于金屬陶瓷領域；旨在制取一種碳化釩和碳化鈦共同形成的復合材料。該復合材料可代替釩鐵、鈦鐵作為堆焊焊接組分，用于金屬表面堆焊強化。生產(chǎn)方法包括如下步驟：a、配料：碳化釩粉、金屬鈦粉和碳粉分別按以下質(zhì)量比稱?。篤C:Ti:C=1.37～3.00:1.00～1.50:0.17～0.50，混合均勻；b、壓制成型：將a步驟得到的混合料壓制成密度為2.5～3.0g·cm-3的壓塊；c、高溫合成：將壓塊置于下述條件燒制：真空度為1.0×10-2～4.0×10-2帕，溫度為1300～1610℃，保溫3.5～5.0h，冷卻即得碳化鈦和碳化釩復合料。再經(jīng)粉碎即得碳化鈦和碳化釩復合粉末。這種新型復合材料將在鋼鐵材料的表面堆焊強化、鐵基復合材料和新型釩鈦基金屬陶瓷等領域獲得廣泛的應用。
【專利說明】碳化鈦和碳化釩復合材料及其生產(chǎn)方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生產(chǎn)碳化鈦和碳化釩復合材料及其生產(chǎn)方法和應用，屬于金屬陶瓷領域。
【背景技術】
[0002]碳化鈦(TiC)和碳化釩(VC或V2C)具有硬度高、抗氧化、耐腐蝕、比重小、穩(wěn)定性好等優(yōu)異的化學性能。兩者常同時作為堆焊材料的重要成分，用于金屬材料的表面堆焊強化。如《機械工程材料》，2004，N0.6，20~22的文獻“基于TiC-VC的抗磨粒磨損堆焊焊條”所公開的方法是用用鈦鐵、釩鐵、石墨、人造金紅石等組成焊條藥皮，通過高溫電弧冶金反應生成TiC-VC。研制了硬度高、裂性好的耐磨粒磨損堆焊焊條。堆焊結(jié)果表明:堆焊抗裂性優(yōu)于D618、D667焊條，相對耐磨性可達D667焊條的8倍。又如《中國機械工程》，2006，N0.4，417~421的文獻“TiC-VC顆粒增強Fe基熔敷層組織與耐磨性能”:以H08A為焊芯，以鈦鐵、釩鐵和石墨等為藥皮組分，利用焊接電弧高溫冶金反應，在Q235基體上制備TiC-VC復合超硬顆粒增強Fe基熔敷層。結(jié)果表明:冶金反應形成的TiC-VC顆粒尺寸細小，且彌散分布在基體上，熔敷層硬度在HRC55以上，具有很高的耐磨性和良好的抗裂性。
[0003]由于鈦鐵是用鈦精礦或鈦渣為原料，用鋁熱還原法生產(chǎn)，釩鐵是用五氧化二釩或三氧化二釩為原料，用鋁熱還原法生產(chǎn)，于是，在鈦鐵和釩鐵的生產(chǎn)過程必然存在相當一部鈦或釩滯留于渣中，特別是生產(chǎn)鈦鐵時，鈦的收得率只有60%~70%，另外不管是生產(chǎn)鈦鐵還是生產(chǎn)釩鐵，都會有大量的冶金廢渣產(chǎn)生，帶來環(huán)境污染，而且生產(chǎn)成本都較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]由于碳化釩和金屬鈦粉的生產(chǎn)；其釩和鈦的收得率均在95%以上，并且無廢渣產(chǎn)生，環(huán)保效益優(yōu)于釩鐵和鈦鐵的生產(chǎn)。本發(fā)明旨在制取一種碳化釩和碳化鈦共同形成的復合材料以及相應的生產(chǎn)方法。這種新型復合材料代替釩鐵、鈦鐵，作為堆焊焊結(jié)組分，用于金屬表面堆焊強化，將有降低生產(chǎn)成本、提高釩、鈦利用率，避免環(huán)境污染的效益。
[0005]本發(fā)明生產(chǎn)碳化鈦和碳化釩復合材料的方法，其特征在于包括如下步驟:
[0006]a、配料:碳化釩粉、金屬鈦粉和碳粉分別按以下質(zhì)量比稱取:VC:Ti:C=1.37~
3.00:1.00 ~1.50:0.17 ~0.50，混合均勻；
[0007]b、壓制成型:將a步驟得到的混合料壓制成密度為2.5~3.0g.cm_3的壓塊；其壓塊可以是任意形狀，如正方形、長方形、圓柱形等。
[0008]C、高溫合成:將壓塊置于下述條件下燒制:真空度為1.0X 10_2~4.0X 10_2帕，溫度為1300~1610°C，保溫3.5~5.0h，冷卻即得碳化鈦和碳化釩復合材料。
[0009]本發(fā)明生產(chǎn)方法中，考慮到反應速度以及所生產(chǎn)的碳化釩的純度，原料碳化釩的純度為VC為99.0%~99.9%,粒度為0.075~0.200mm ;原料碳粉是純度C≥99.85wt%、粒度≤30μm的石墨粉或碳黑；原料金屬鈦粉純度為Ti≥99.5wt%，粒度≤0.15mm。
[0010]本發(fā)明b步驟壓制成型的目的之一是使原料顆粒之間的接觸更為緊密，減少三種反應物顆粒之間的擴散距離，促進反應進行；目的之二由于步驟C是在真空條件下進行，在整個過程中需不斷的抽真空，如果沒有壓制成塊，而直接采用粉末，粉末就會隨著氣體被抽到真空系統(tǒng)中去，不僅難以生產(chǎn)得到產(chǎn)品，而且還會損害真空系統(tǒng)。常規(guī)的壓制成型方法均適用于本發(fā)明，根據(jù)具體需要，可以壓制成各種形狀，如:正方形、長方形、圓柱形等。其中，壓制成型的壓塊密度越大，所需壓力即越大，成本越高，綜合考慮生產(chǎn)需要及降低生產(chǎn)成本，
[0011]本發(fā)明所得碳化鈦和碳化釩復合材料中，V含量為38%wt~57%wt，Ti含量為22%wt~45%wt，C含量為10%wt~28%wt，其余為不可避免的雜質(zhì)。
[0012]本發(fā)明復合材料可廣泛應用于鋼鐵材料的表面堆焊強化、鐵基復合材料和新型釩鈦基金屬陶瓷等領域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1實施例1碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。
[0014]圖2實施例2碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。
[0015]圖3實施例3碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。
[0016]圖4實施例4碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。
[0017]圖5實施例5碳化鈦和碳化釩復合料X射線衍射圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0019]實施例1采用本發(fā)明方法生產(chǎn)碳化鈦和碳化釩復合材料
[0020]取碳化釩粉(VC=99.9%，粒度為0.075~0.200mm) 62.0克、金屬鈦粉(Ti=98.0Owt%，粒度為 0.075 ~2.0OOmm) 31.5 克、石墨粉(C=99.0wt %，粒度為 0.050 ~0.180mm)6.5克、混勻后壓制成密度為2.60g*cm_3的壓塊。裝入石墨i甘禍中，在真空爐內(nèi)碳化。在真空度為2.3X 10_2帕，1605°C保溫4.4h，真空冷卻至室溫，出爐得到碳化釩和碳化鈦復合材料，再經(jīng)粉碎得到碳化鈦和碳化釩復合粉末。V含量為50.2wt%,Ti含量為31.5wt%,C含量為18.3wt%。其相應的X射線衍射圖見圖1。
[0021]實施例2采用本發(fā)明方法生產(chǎn)碳化鈦和碳化釩復合材料
[0022]取碳化釩粉(VC=99.9%，粒度為0.075~0.200mm) 60.0克、金屬鈦粉(Ti=98.0Owt%，粒度為 0.075 ~2.0OOmm) 30.5 克、石墨粉(C=99.0wt %，粒度為 0.050 ~0.180mm)9.5克、混勻后壓制成密度為2.68g*cm_3的壓塊。裝入石墨i甘禍中，在真空爐內(nèi)碳化。在真空度為3.3X 10_2帕，1605°C保溫4.4h，真空冷卻至室溫，出爐得到碳化釩和碳化鈦復合材料，再經(jīng)粉碎得到碳化鈦和碳化釩復合粉末。V含量為48.6wt%,Ti含量為30.5wt%,C含量為20.9wt%。其相應的X射線衍射圖見圖2。
[0023]實施例3采用本發(fā)明方法生產(chǎn)碳化鈦和碳化釩復合材料
[0024]取碳化釩粉(VC=99.9%，粒度為0.075~0.200mm) 52.4克、金屬鈦粉(Ti=98.0Owt%，粒度為 0.075 ~2.0OOmm) 38.0 克、石墨粉(C=99.0wt %，粒度為 0.050 ~0.180mm)9.5克、混勻后壓制成密度為2.57g*cm_3的壓塊。裝入石墨i甘禍中，在真空爐內(nèi)碳化。在真空度為1.3X 10_2帕，1450°C保溫5.0h，真空冷卻至室溫，出爐得到碳化釩和碳化鈦復合材料，再經(jīng)粉碎得到碳化鈦和碳化釩復合粉末。V含量為42.4wt%,Ti含量為38.0wt%,C含量為19.48wt%。其相應的X射線衍射圖見圖3。
[0025]實施例4采用本發(fā)明方法生產(chǎn)碳化鈦和碳化釩復合材料
[0026]取碳化釩粉(VC=99.9%，粒度為0.075~0.200mm) 53.7克、金屬鈦粉(Ti=98.0Owt%，粒度為 0.075 ~2.0OOmm) 39.0 克、石墨粉(C=99.0wt %，粒度為 0.050 ~
0.180mm)7.4克、混勻后壓制成密度為2.72g*cm_3的壓塊。裝入石墨i甘禍中，在真空爐內(nèi)碳化。在真空度為2.7X 10_2帕，1450°C保溫3.5h，真空冷卻至室溫，出爐得到碳化釩和碳化鈦復合材料，再經(jīng)粉碎得到碳化鈦和碳化釩復合粉末。V含量為43.47wt%, Ti含量為39wt%，C含量為17.53wt%0其相應的X射線衍射圖見圖4。
[0027]實施例5采用本發(fā)明方法生產(chǎn)碳化鈦和碳化釩復合材料
[0028]取碳化釩粉(VC=99.9%，粒度為0.075~0.200mm) 52.4克、金屬鈦粉(Ti=98.0Owt%，粒度為 0.075 ~2.0OOmm) 38.0 克、石墨粉(C=99.0wt %，粒度為 0.050 ~
0.180mm)9.5克、混勻后壓制成密度為2.85g*cm_3的壓塊。裝入石墨i甘禍中，在真空爐內(nèi)碳化。在真空度為1.7X 10_2帕，1450°C保溫3.5h，真空冷卻至室溫，出爐得到碳化釩和碳化鈦復合材料，再經(jīng)粉碎得到碳化鈦和碳化釩復合粉末。V含量為42.42wt%, Ti含量為38wt%，C含量為19.58wt%。其相應的X射線衍射圖見圖5。
【權(quán)利要求】
1.碳化鈦和碳化釩復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:包括如下步驟: a、配料:碳化釩粉、金屬鈦粉和碳粉分別按以下質(zhì)量比稱取:VC:T1:C=1.37~3.00:1.00 ~1.50:0.17 ~0.50，混合均勻； b、壓制成型:將a步驟得到的混合料壓制成密度為2.5~3.0g.cm_3的壓塊； C、高溫合成:將壓塊置于下述條件燒制:真空度為1.0X10_2~4.0X10_2帕，溫度為1300~1610°C，保溫3.5~5.0h，冷卻即得碳化鈦和碳化釩復合料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化鈦和碳化釩復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:原料碳化釩粉的純度為VC為99.0%~99.9%，粒度為0.075~0.200mm ;原料碳粉是純度C≥99.85wt%、粒度≤30 μ m的石墨粉或碳黑；原料金屬鈦粉純度為Ti≥99.5wt%,粒度^ 0.15mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳化鈦和碳化釩復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:c步驟中所制得的碳化鈦和碳化釩復合材料中，V含量為38%wt~57%wt，Ti含量為22%wt~45%wt，C含量為10%~28%wt，其余為不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳化鈦和碳化釩復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟b所述壓塊為任意形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳化鈦和碳化釩復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟b所述壓塊為正方形、長方形、圓柱形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳化鈦和碳化釩復合材料的生產(chǎn)方法，其特征在于:步驟c所得碳化鈦和碳化釩復合料進一步粉碎成粉末。
7.權(quán)利要求1-6任一項所述的生產(chǎn)方法所得的碳化鈦和碳化釩復合材料。
8.權(quán)利要求7所述的碳化鈦和碳化釩復合材料在金屬陶瓷領域的應用。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應用，其特征在于:所述金屬陶瓷領域為鋼鐵材料的表面堆焊強化、鐵基復合材料和新型釩鈦基金屬陶瓷領域。
【文檔編號】C04B35/622GK103553619SQ201310598015
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】方民憲, 許子路, 張雪峰, 孫青竹, 鄧剛, 范興平, 馮瑤, 李思艾, 王勇 申請人:攀枝花學院