一种金属碳化物固溶体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属碳化物固溶体的制备方法；所述微纳米碳化钨/钼/钽固溶复合粉末是以钨、钼和钽与碳化合并固溶形成的(W,Mo,Ta)C固溶体；所述微纳米碳化钨/钼/钽固溶复合粉末的制备方法包括配料、高能球磨固相反应、热化合反应等步骤。本发明专利技术制备得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末为微纳米级且分布均匀。

Method for preparing solid solution of metal carbide

The invention discloses a method for preparing a metal carbide solid solution; the micro nano tungsten carbide / Mo / tantalum solid solution composite powder is tungsten, molybdenum and tantalum carbide and solid solution formation (W, Mo, Ta) C solid solution; the micro nano tungsten / molybdenum Ta / solution preparation method of composite powder including ingredients, high energy ball milling solid phase reaction, thermal chemical reaction. The tungsten carbide / molybdenum / tantalum solid solution composite powder prepared by the invention is micro nanometer and has a uniform distribution.

【技术实现步骤摘要】
一种金属碳化物固溶体的制备方法本专利技术是申请号为201610061685.X、申请日2016年01月29日、专利技术名称为“微纳米碳化钨/钼/钽固溶复合粉末及其制备方法”的分案申请。
本专利技术涉及粉末冶金
，具体涉及一种金属碳化物固溶复合粉末的制备方法。
技术介绍
金属碳化物具有较高的熔点、硬度，良好的抗腐蚀、热稳定性，已广泛用于工业各个领域，尤其常用于现代制造业的加工材料。金属陶瓷材料中硬质相Ti(C,N))是多晶烧结材料，其致命弱点是脆性大、韧性不足，并且硬质相与粘结相的匹配润湿问题目前尚未得到解决，致使其强韧性不足，是金属陶瓷材料实际工程应用中面临的关键难题。因此对高性能金属陶瓷材料的设计主要方向是克服脆性及提高韧性。目前，通过添加第二类金属碳化物来改善Ti(C,N)与粘结相之间的润湿性，强化结构，并使相应的金属元素固溶进硬质相及粘结相中，达到一定的固溶强化目的。碳化钨(WC)、碳化钼(Mo2C)、碳化钽(TaC)同属于过渡金属碳化物，具有较高的硬度、熔点等特点。大量的研究表明，金属陶瓷中添加适量的WC，可改善粘结相对硬质相的润湿性，另一方可使硬质相晶粒明显细化，从而使合金的力学性能提高。而Mo或Mo2C可改善液相金属粘结相对TiC颗粒的润湿性，在完全润湿的条件下，TiC颗粒不出现聚集结晶，抑制了烧结时碳化物相晶粒的长大。在金属陶瓷中添加TaC可以明显的细化硬质相的颗粒，提高材料的耐磨性，抗氧化能力和热导率，并且能够提高金属陶瓷的红硬性和抗热冲击性能，从而提高金属陶瓷刀具的断续切削性能。金属碳化物的加入方法决定了金属元素的分布状态。第二类金属碳化物的分散添加，容易使金属陶瓷中各元素分散不均匀，造成重金属偏析，从而影响整体陶瓷体的结构，达不到固溶强化的目的。试验表明，按碳、钨、钼、钽的一定比例进行复合，再将碳化钨/钼/钽固溶复合粉添加进金属陶瓷粉末中，除了上述金属碳化物的分散强化、润湿、晶粒细化的作用外，Mo、W、Ta等金属元素在烧结温度下将向TiC颗粒均匀扩散，并取代TiC晶格中的Ti，在TiC颗粒表面上形成(Ti,W,Mo,Ta)C固溶体，将减少TiC颗粒之间的接触，防止它们发生聚集长大，使TiC基金属陶瓷晶粒更细，组织更加均匀，对于金属陶瓷整体性能的提高有显著作用。因此碳化钨/钼/钽固溶复合粉的制备研究对提高金属陶瓷性能有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属碳化物固溶体的制备方法，能制备得到微纳米级的均匀的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种金属碳化物固溶体，它是以钨、钼和钽与碳化合并固溶形成的(W,Mo,Ta)C固溶复合粉末；所述固溶复合粉末中钨、钼、钽和碳的原子摩尔比为3～5:2～3:1.5～2:6.5～10；所述固溶复合粉末的平均粒径为80～300nm。上述金属碳化物固溶体的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：称取钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉，并加入稀土Re，所述稀土Re为铈族稀土中的至少一种的氧化物；钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉的纯度>99.9％，平均粒径为20～100μm。稀土Re的重量占原料总重量的4％～6％，稀土Re的平均粒径＜20μm。(2)高能球磨固相反应：将步骤(1)配得的原料与碳化钨球一起装入不锈钢真空球磨罐进行高能球磨；球料比为6～10:1，球磨速度为200～300转/min，球磨时间为24～48h。(3)热化合反应：将步骤(2)得到的反应产物放入高温气氛炉中，在氮氢混合气体气氛下，于800～900℃条件下进行热化合反应，得到微纳米碳化钨/钼/钽固溶复合粉末。热化合反应时间为60～120min。反应完成后关闭氢气，在氮气保护下将得到的微纳米碳化钨/钼/钽固溶复合粉末冷却至室温后，在氮气保护下真空包装。最优选地，一种金属碳化物固溶体的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：称取钨粉850g、钼粉420g、钽粉420g以及石墨粉150g，并加入75g氧化铈粉末；钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉的纯度>99.9％，平均粒径为20～100μm；氧化铈粉末的平均粒径＜20μm；(2)高能球磨固相反应：将步骤(1)配得的原料与碳化钨球一起装入不锈钢真空球磨罐进行高能球磨，球料比为10:1，球磨速度为300转/min，球磨时间为36h，得到(Mo,Ta)C固溶体粉与W+C+(W,Mo,Ta)C混合粉末；(3)热化合反应：将步骤(2)得到的反应产物放入高温气氛炉中，在氮氢混合气体气氛下，于800℃条件下进行热化合反应60min，得到平均粒径100nm左右、分布均匀的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末；反应完成后关闭氢气，在氮气保护下将得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末冷却至室温后，在氮气保护下真空包装。本专利技术的有益效果在于：本专利技术将钨粉、钼粉、钽粉、石墨粉以及稀土Re在一起高能球磨固相反应，在高能球磨的机械力的作用下，金属Mo及Ta与石墨(C)将发生反应，生成(Mo,Ta)C固溶体，同时少部分W原子固溶进(Mo,Ta)C复合物形成(W,Mo,Ta)C固溶体；然后再结合热化合反应，钨粉和石墨粉将完成反应生成WC，且(Mo,Ta)C将固溶进WC中，完全生成(W,Mo,Ta)C固溶复合粉末。本专利技术制备得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末为微纳米级且分布均匀。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为实施例1得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末的XRD图谱。具体实施方式下面对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例1(1)配料：称取钨粉850g、钼粉420g、钽粉420g以及石墨粉150g，并加入75g氧化铈粉末；钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉的纯度>99.9％，平均粒径为20～100μm；氧化铈粉末的平均粒径＜20μm；(2)高能球磨固相反应：将步骤(1)配得的原料与碳化钨球一起装入不锈钢真空球磨罐进行高能球磨，球料比为10:1，球磨速度为300转/min，球磨时间为36h，得到(Mo,Ta)C固溶体粉与W+C+(W,Mo,Ta)C混合粉末；(3)热化合反应：将步骤(2)得到的反应产物放入高温气氛炉中，在氮氢混合气体气氛下，于800℃条件下进行热化合反应60min，得到平均粒径100nm左右、分布均匀的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末；反应完成后关闭氢气，在氮气保护下将得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末冷却至室温后，在氮气保护下真空包装。图1为实施例1得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末的XRD图谱，图1表明，实施例1得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末为钨、钼和钽与碳化合并固溶形成的(W,Mo,Ta)C固溶体。实施例2(1)配料：称取钨粉1050g、钼粉410g、钽粉510g以及石墨粉130g，并加入90g氧化铈粉末；钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉的纯度>99.9％，平均粒径为20～100μm；氧化铈粉末的平均粒径＜20μm；(2)高能球磨固相反应：将步骤(1)配得的原料与碳化钨球一起装入不锈钢真空球磨罐进行高能球磨，球料比为6:1，球磨速度为200转/min，球磨时间为24h，得到(Mo,Ta)C固溶体粉与W+C+(W,Mo,Ta)C混合粉末；(3)热化合反应：将步骤(2)得到的反应产物放入高温气氛炉中，在氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属碳化物固溶体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)配料：称取约钨粉850g、钼粉420g、钽粉420g以及石墨粉150g，并加入75g氧化铈粉末；钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉的纯度>99.9％，平均粒径为20～100μm；氧化铈粉末的平均粒径＜20μm；(2)高能球磨固相反应：将步骤(1)配得的原料与碳化钨球一起装入不锈钢真空球磨罐进行高能球磨，球料比为10:1，球磨速度为300转/min，球磨时间为36h，得到(Mo,Ta)C固溶体粉与W+C+(W,Mo,Ta)C混合粉末；(3)热化合反应：将步骤(2)得到的反应产物放入高温气氛炉中，在氮氢混合气体气氛下，于800℃条件下进行热化合反应60min左右，得到平均粒径100nm左右、分布均匀的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末；反应完成后关闭氢气，在氮气保护下将得到的碳化钨/钼/钽固溶复合粉末冷却至室温后，在氮气保护下真空包装。

【技术特征摘要】
1.一种金属碳化物固溶体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)配料：称取约钨粉850g、钼粉420g、钽粉420g以及石墨粉150g，并加入75g氧化铈粉末；钨粉、钼粉、钽粉以及石墨粉的纯度>99.9％，平均粒径为20～100μm；氧化铈粉末的平均粒径＜20μm；(2)高能球磨固相反应：将步骤(1)配得的原料与碳化钨球一起装入不锈钢真空球磨罐进行高能球磨，球料比为10:1，球磨速度为3...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓莹，邓玲，张艳华，姜中涛，姜山，涂铭旌，
申请(专利权)人：重庆文理学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50