本發(fā)明屬于粉末材料制備

技術(shù)領(lǐng)域：

，尤其涉及一種超細(xì)納米晶vn合金粉末的制備方法。

背景技術(shù)：

：在合金鋼生產(chǎn)中，vn由于具有節(jié)約釩的添加量，降低成本，釩、氮收得率穩(wěn)定，減少鋼的性能波動(dòng)，比釩鐵具有更有效的沉淀強(qiáng)化和晶粒細(xì)化作用，節(jié)約20-40％的釩等特點(diǎn)，所以作為一種高強(qiáng)度低合金鋼最經(jīng)濟(jì)有效的添加劑，vn成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。攀鋼過(guò)去生產(chǎn)的400mpa級(jí)鋼筋主要采用釩鐵合金作為原料生產(chǎn)，后來(lái)攀鋼開(kāi)始小批量采用氮化釩合金化生產(chǎn)400mpa級(jí)鋼筋并加入fev合金生產(chǎn)的鋼筋進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，分析了使用vn合金的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，結(jié)果表明采用vn合金的鋼筋強(qiáng)化效果好，塑性、韌性、焊接性能保持良好、無(wú)應(yīng)變時(shí)效，同時(shí)可以減少合金加入量，降低生產(chǎn)成本?，F(xiàn)有的制備vn合金的方法主要為對(duì)v及其合金進(jìn)行先碳化再氮化的工藝，其n含量不穩(wěn)定且有雜質(zhì)，目前也尚無(wú)制備納米晶vn合金粉末方法的報(bào)道。使用超細(xì)的納米晶vn粉末作為原料，可以提高其在煉鋼過(guò)程中的效率，提高n和v元素的分散性，同時(shí)避免了團(tuán)聚和偏析。在粉末冶金合金鋼制備過(guò)程中，通常需要將vn粉末和鐵粉、合金粉末、添加劑粉末進(jìn)行混合，經(jīng)壓制和燒結(jié)后制得制品，采用超細(xì)的納米晶vn粉末，可以有效的提高其分散性，同時(shí)由于其高的燒結(jié)活性，利于在燒結(jié)過(guò)程中發(fā)生擴(kuò)散合金化，從而使得制備材料的性能得到提升。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種超細(xì)納米晶vn合金粉末的制備方法。本發(fā)明一種超細(xì)納米晶vn合金粉末的制備方法，包括：a、以vn粗粉或者vn合金塊體為原料，粗粉或者塊體經(jīng)過(guò)粗破碎得到粒徑不大于150μm的粗粉顆粒；b、將粗粉及磨球置于安有排氣閥的球磨罐中，其中磨球根據(jù)加入粉末的質(zhì)量進(jìn)行配比，磨球質(zhì)量不大于粉末質(zhì)量的15倍；c、將球磨罐密封，重復(fù)抽真空并充入液氮；d、將球磨罐安放在球磨機(jī)上，球磨轉(zhuǎn)速控制在300-500r/min的范圍內(nèi)，球磨時(shí)間為1-2h；e、將所述合金粉末在450-550℃下于n2氣氛中進(jìn)行退火處理。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，步驟a所述原料中氮化釩粗粉或合金的化學(xué)式為vn的純度大于99.8％。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，所述有納米晶vn合金粉末粒度小于30μm，平均晶粒尺寸約為納米級(jí)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，步驟a是按如下方法進(jìn)行：采用vn粗粉或者vn合金塊體為原料，粗粉或者塊體經(jīng)過(guò)粗破碎，破碎可以為機(jī)械破碎形式，破碎后的粉末過(guò)325mesh的篩網(wǎng)，除去其中的大顆粒。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，步驟b是按如下方法進(jìn)行：將vn粗粉放入球磨罐中，再放入直徑為10mm、8mm、6mm的硬質(zhì)合金球作為磨球；將球磨罐密封。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，步驟c所述抽取真空度次數(shù)為3-5次，充入的液氮將氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，步驟d所述退火處理的時(shí)間為1.5-2h。本發(fā)明超細(xì)納米晶vn合金粉末的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，在納米晶的vn粉末制備過(guò)程中，液氮的引入使得球磨過(guò)程中產(chǎn)生的高溫得到了控制，由于超細(xì)粉末具有較高的表面能，在高溫作用下容易發(fā)生團(tuán)聚，影響粉末的粒度，液氮實(shí)現(xiàn)了粉末的降溫，使得整個(gè)反應(yīng)過(guò)程在低于50℃溫度下進(jìn)行；且由于液氮的存在，其吸熱后轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)獯嬖谟谇蚰ス拗?，阻礙了vn粉末的分解，同時(shí)補(bǔ)充了前面破碎過(guò)程中產(chǎn)生的n元素?fù)p失，有效控制了vn粉末中的n含量。在450-550℃下于n2氣氛中進(jìn)行退火處理，由于球磨過(guò)程中顆粒在破碎過(guò)程中產(chǎn)生大量位錯(cuò)，粉末表面能高且不穩(wěn)定，易于氧化和團(tuán)聚，最終影響vn粉末的性能，故于一定溫度下進(jìn)行加熱退火處理。vn粉末為超細(xì)的納米晶vn粉末，粉末粒徑小且晶粒度小，使得vn粉末在制備燒結(jié)制品時(shí)可以提高元素分散性，活性高且易于擴(kuò)散，有效提高了使用的效率并提高制品的性能。因此，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步：1)本發(fā)明制備vn粉末的新方法可以采用市場(chǎng)上的vn粗粉和合金塊體為原料、工藝流程簡(jiǎn)單、反應(yīng)過(guò)程中無(wú)需高壓或惰性氣氛保護(hù)條件、對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求較低，有效降低了生產(chǎn)成本，適宜于工業(yè)化批量生產(chǎn)；2)以本方法制備vn粉末的產(chǎn)率高，所得產(chǎn)物粉末粒度小且晶粒為納米晶，具有氮含量穩(wěn)定、不易發(fā)生團(tuán)聚的優(yōu)點(diǎn)，可用于制備高性能合金鋼及粉末冶金材料。附圖說(shuō)明圖1為本申請(qǐng)超細(xì)納米晶vn合金粉末的制備方法的工藝流程圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1所制備的超細(xì)納米晶vn合金粉末的sem照片。圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2所制備的超細(xì)納米晶vn合金粉末的sem照片。圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3所制備的超細(xì)納米晶vn合金粉末的sem照片。圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1、2、3所制備的超細(xì)納米晶vn合金粉末的x射線衍射圖譜。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，通過(guò)以下幾個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例1：如圖1所示，本實(shí)施例按如下步驟制備超細(xì)納米晶vn合金粉末：以vn合金塊體為原料，塊體經(jīng)過(guò)錘式破碎機(jī)和輥磨機(jī)將塊體破碎后粗粉的粒徑不大于150μm；將500g粗粉及磨球置于安有排氣閥的球磨罐中，其中磨球質(zhì)量為粉末質(zhì)量的15倍；將球磨罐密封，重復(fù)抽真空并充入液氮；在球磨機(jī)上球磨轉(zhuǎn)速控制在400r/min的范圍內(nèi)，球磨時(shí)間為1.5h；將所述合金粉末在450℃下于n2氣氛中進(jìn)行退火處理1.5h后得到納米晶vn合金粉末。原料vn粉末粒度為-100目，晶粒尺寸為微米級(jí)，處理后制得的vn粉末粒度為21μm，晶粒尺寸為689nm。實(shí)施例2：如圖1所示，本實(shí)施例按如下步驟制備超細(xì)納米晶vn合金粉末：以vn粗粉(粒徑為-100mesh)為原料，粗粉經(jīng)過(guò)氣流粉碎將顆粒的粒徑減小為不大于100μm；將500g粗粉及磨球置于安有排氣閥的球磨罐中，其中磨球質(zhì)量為粉末質(zhì)量的10倍；將球磨罐密封，重復(fù)抽真空并充入液氮；在球磨機(jī)上球磨轉(zhuǎn)速控制在350r/min的范圍內(nèi)，球磨時(shí)間為2h；將所述合金粉末在500℃下于n2氣氛中進(jìn)行退火處理1.5h后得到納米晶vn合金粉末。原料vn粉末粒度為-100目，晶粒尺寸為微米級(jí)，處理后制得的vn粉末粒度為11μm，晶粒尺寸為511nm。實(shí)施例3：如圖1所示，本實(shí)施例按如下步驟制備超細(xì)納米晶vn合金粉末：以vn粗粉(粒徑為-100mesh)為原料，粗粉經(jīng)過(guò)氣流粉碎將顆粒的粒徑減小為不大于100μm；將500g粗粉及磨球置于安有排氣閥的球磨罐中，其中磨球質(zhì)量為粉末質(zhì)量的10倍；將球磨罐密封，重復(fù)抽真空并充入液氮；在球磨機(jī)上球磨轉(zhuǎn)速控制在350r/min的范圍內(nèi)，球磨時(shí)間為1.5h；將所述合金粉末在500℃下于n2氣氛中進(jìn)行退火處理1.5h后得到納米晶vn合金粉末。原料vn粉末粒度為-100目，晶粒尺寸為微米級(jí)，處理后制得的vn粉末粒度為15μm，晶粒尺寸為597nm。實(shí)施例4：采用實(shí)施例1-3所制備粉末進(jìn)行制樣，使用日本電子jsm-6510la型號(hào)的掃描電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行觀察，測(cè)試環(huán)境為真空，室溫為25℃，環(huán)境濕度為30％。從圖2、圖3和圖4中可以看出，vn顆粒細(xì)小且顆粒均勻，有小部分的小顆粒存在，形貌為多邊形狀。實(shí)施例5：根據(jù)實(shí)施例1、2、3制備的超細(xì)納米晶vn合金粉末，按照《gbt24583.1-2009釩氮合金釩含量的測(cè)定硫酸亞鐵銨滴定法》以及《gb/t24583.3-2019釩氮合金氮含量的測(cè)定蒸餾-中和滴定法》對(duì)粉末中n和v含量進(jìn)行測(cè)定，cu為非國(guó)標(biāo)方式測(cè)定，采用圖像法對(duì)粒度進(jìn)行測(cè)試，晶粒尺寸采用謝樂(lè)公式計(jì)算得到，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。表1實(shí)施例1至實(shí)施例3所制備超細(xì)納米晶vn合金粉末的性能參數(shù)粉末v含量％n含量％cu含量％粒徑μm晶粒尺寸nm實(shí)施例172.4016.870.0121689實(shí)施例272.7315.930.0111511實(shí)施例371.4216.060.0215597采用荷蘭帕納科公司型號(hào)為panalyticalx-pertprompd的x射線衍射分析儀對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1、2、3中的超細(xì)納米晶vn合金粉末進(jìn)行物相分析測(cè)定，測(cè)定的x射線衍射圖譜見(jiàn)圖5，由圖譜可見(jiàn)，本發(fā)明實(shí)施例1-3制備的超細(xì)納米晶vn粉末為單一物相，無(wú)雜質(zhì)峰存在，且峰的強(qiáng)度低，粉末顆粒的晶粒尺寸小。實(shí)施例6:根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1-3制備的超細(xì)納米晶vn合金粉末(其中v含量均為1.5wt％)以及市場(chǎng)常用產(chǎn)品作為原料，材料編號(hào)和材料信息見(jiàn)表2，制備氣門座圈材料。先經(jīng)800mpa的壓制壓力壓制成生坯，燒結(jié)得到燒結(jié)體材料，其中燒結(jié)溫度為1150℃，氣氛為氨分解氣氛，燒結(jié)時(shí)間為90min。材料編號(hào)分別為m1、m2和m3。d1和d2分別為jb/t10737-2007中fqz4牌號(hào)在市場(chǎng)上常見(jiàn)的兩種產(chǎn)品。表2試驗(yàn)組材料編號(hào)加入v的形式純度實(shí)施例1m1vn99.91％實(shí)施例2m2vn99.85％實(shí)施例3m3vn99.87％對(duì)比例1d1vn99.5％對(duì)比例2d2v99.7％按照gb/t3850-2015《致密燒結(jié)金屬材料與硬質(zhì)合金密度測(cè)定方法》對(duì)各組材料的密度進(jìn)行測(cè)定；按照jb/t6646-2007《燒結(jié)金屬制品物理性能檢測(cè)規(guī)范》對(duì)材料的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。表3從表中可以看出，加入本發(fā)明的vn粉末，可以減少顆粒加入對(duì)壓制和過(guò)程的影響，提高材料密度的同時(shí)提高v元素的擴(kuò)散和合金化，有效的提高材料的力學(xué)性能。以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12

技術(shù)特征：

1.一種超細(xì)納米晶vn合金粉末的制備方法，其特征在于，所述方法包括：

a、以vn粗粉或者vn合金塊體為原料，粗粉或者塊體經(jīng)過(guò)粗破碎得到粒徑不大于150μm的粗粉顆粒；

b、將粗粉及磨球置于安有排氣閥的球磨罐中，其中磨球根據(jù)加入粉末的質(zhì)量進(jìn)行配比，磨球質(zhì)量不大于粉末質(zhì)量的15倍；

c、將球磨罐密封，重復(fù)抽真空并充入液氮；

d、將球磨罐安放在球磨機(jī)上，球磨轉(zhuǎn)速控制在300-500r/min的范圍內(nèi)，球磨時(shí)間為1-2h；

e、將所述合金粉末在450-550℃下于n2氣氛中進(jìn)行退火處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟a所述原料中氮化釩粗粉或合金的純度大于等于99.8％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述有納米晶vn合金粉末粒徑不大于30μm，平均晶粒尺寸為納米級(jí)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟a是按如下方法進(jìn)行：采用vn粗粉或者vn合金塊體為原料，粗粉或者塊體經(jīng)過(guò)粗破碎，粗破碎為機(jī)械破碎形式，破碎后的粉末過(guò)325mesh的篩網(wǎng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟b是按如下方法進(jìn)行：將vn粗粉放入球磨罐中，再放入直徑為10mm、8mm、6mm的硬質(zhì)合金球作為磨球；將球磨罐密封。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟c所述抽取真空度次數(shù)為3-5次，充入的液氮將氣壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟d所述退火處理的時(shí)間為1.5-2h。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一種超細(xì)納米晶VN合金粉末的制備方法，在液氮的低溫環(huán)境下進(jìn)行高速球磨，獲得晶粒和粉末粒度更加細(xì)小的VN粉末。采用此工藝制備的VN合金粉末的平均粒徑不大于30μm，平均晶粒尺寸為納米級(jí)，氮含量高于15％，且銅含量低于0.5％。根據(jù)本發(fā)明超細(xì)納米晶VN合金粉末的制備方法，可以制備具有納米晶結(jié)構(gòu)的VN合金粉末，同時(shí)無(wú)需高壓或惰性氣氛保護(hù)條件、對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要求較低，有效降低了生產(chǎn)成本，適宜于工業(yè)化批量生產(chǎn)；同時(shí)實(shí)現(xiàn)粉末冶金過(guò)程中降低燒結(jié)溫度，提高V合金化程度，并可用于制備高性能粉末冶金材料。

技術(shù)研發(fā)人員：劉敏;陳聞超;王秀芬;湯家六

受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽省瑞峻粉末金屬材料有限公司;安徽省瑞達(dá)鎢鉬材料有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.11.16

技術(shù)公布日：2021.03.12