专利名称：一种降低碳化钛和氮化钛粉末氧含量的方法
技术领域：
本发明属于碳氮化钛基金属陶瓷制备领域，具体涉及降低用于碳氮化钛基金属陶瓷的碳化钛和氮化钛粉末氧含量的方法。
背景技术：
碳氮化钛(Ti(C，N))基金属陶瓷是一种典型的金属粘结相韧化陶瓷硬质相的多相复合材料，具有较高的红硬性、耐磨性、耐热性、抗月牙洼磨损能力及对钢较低的摩擦系数，其刀具制品寿命较长。碳氮化钛基金属陶瓷制备一般采用粉末冶金法，原料主要为微米级甚至粒径更细的碳化钛TiC、氮化钛TiN、碳氮化钛Ti(C，N)、碳化钨WC、碳化钼Mo2C、镍Ni、钴Co等粉末。这些原料粉末在放置过程中会吸附环境中的氧，进而发生氧化，在粉末颗粒表面形成氧化膜。这对烧结过程中粘结相和硬质相之间的润湿性非常不利，一旦脱氧不完全，会造成两相界面结合强度降低，甚至导致组织分布不均匀以及孔隙率增加，最终导致合金机械性能降低。
常规的脱氧，即去除粉末表面的氧化膜，其手段是采用氢气还原处理。一般氢气还原处理的温度低于800℃。在此温度范围，对于Ti(C，N)基金属陶瓷原料粉末，则只能去除表面吸附的氧和镍、钴等表面氧化物中的氧；而对于硬质相粉末碳化钛TiC和氮化钛TiN表面形成的二氧化钛TiO2等较难还原的氧化物则没有效果。若将还原温度升高到1100℃以上，虽然可以将氧脱除，但如此高的温度下，粉末将发生一定程度的烧结。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低碳氮化钛基金属陶瓷两种硬质原料粉末碳化钛TiC和氮化钛TiN颗粒氧含量的方法，能够去除碳化钛TiC和氮化钛TiN粉末颗粒表面的二氧化钛TiO2氧化膜。
本发明的目的是这样实现的一种降低碳化钛和氮化钛粉末氧含量的方法，将固体碳化钛和固体氮化钛粉末分别置于三氯甲烷液体中，两固体粉末与三氯甲烷液体体积比在1∶1～10之间，碳化钛处理温度为35～61.7℃，氮化钛温度为40～60℃，当液体中无气泡产生时，处理过程结束。将经过处理后的固体碳化钛和固体氮化钛粉分别用无水乙醇冲洗抽滤后，在150℃下真空干燥得到处理后的碳化钛和氮化钛粉末。
本发明提供的降低碳化钛和氮化钛粉末氧含量的方法，对碳化钛和氮化钛粉末加热温度低，处理时间短，能耗小；一般的处理设备均可完成处理工作，成本低廉；除氧效果显著；降低所得粉末制备的金属陶瓷中的孔隙率；提高金属陶瓷的机械性能；改善组织的均匀性。
表1是碳化钛TiC和氮化氮TiN粉末经过不同时间处理后的氧含量，从表1可以看出，经三氯甲烷CHCl3处理过的碳化钛TiC和氮化钛TiN粉末的氧含量明显降低。
表1碳化钛TiC和氮化氮TiN粉末经不同时间处理后的氧含量
注表中显示处理后的TiC和TiN粉末仍然含有氧，原因是处理后的洁净粉末在检测前的储存和运输过程中发生再氧化。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1，图3分别是未经过三氯甲烷CHCl3处理的TiC和TiN粉末制备的Ti(C，N)基金属陶瓷试样的显微组织照片，放大倍数500倍。
图2，图4分别是经过三氯甲烷CHCl3处理的TiC粉末和TiN粉末制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的显微组织照片，放大倍数5000倍。
具体实施例方式 本发明的原理是当TiC粉末或TiN粉末置于三氯甲烷中进行处理时，TiC粉末或TiN粉末表面被氧化形成的氧化膜二氧化钛TiO2将发生如下反应 TiO2+2CHCl3→TiCl4+2CO+2HCl 由于产物中有一氧化碳CO气体生成，在反应过程中液体会不断产生气泡。当无气泡生成时，表明反应结束，二氧化钛TiO2氧化膜被去除掉，表面氧含量降低。
实施例1 将固体碳化钛TiC 100ml粉末置于100～1000ml三氯甲烷CHCl3液体中，水浴加热至35～61.7℃，反应时间1.5小时，当液体中无气泡生成时，反应结束，将经过处理后的物料用无水乙醇冲洗抽滤后，将固体粉末在150℃真空干燥，得到处理后的碳化钛TiC粉末。
实施例2 将固体氮化钛TiN100ml粉末置于100～1000ml三氯甲烷CHCl3液体中，水浴加热至40～60℃，反应时间1.5小时，当液体中无气泡生成时，反应结束，将经过处理后的物料用无水乙醇冲洗抽滤后，将固体粉末在150℃下真空干燥，得到处理后的氮化钛粉末。
实施例3 将采用实例1和实例2中所述方法处理得到的碳化钛TiC粉370克、氮化钛TiN粉100克，以及112.9克钼Mo粉、50克碳化钨WC粉、360克镍Ni粉、22.1克石墨粉C配制成混合料，采用传统金属陶瓷制备工艺，经球磨混料、干燥、压制、烧结等工艺过程制备成Ti(C，N)基金属陶瓷。
用电子探针测定Ti(C，N)基金属陶瓷体内的氧含量含量，测定面积为1130×1130μm2。表2是测定结果。原料粉末中的碳化钛TiC、氮化钛TiN经三氯甲烷处理后，制备的Ti(C，N)基金属陶瓷中氧含量降低了一个数量级。
表2未经过和经过CHCl3处理的TiC和TiN粉末制备成的Ti(C，N)基金属陶瓷的氧含量
遵循ISO3327-1982测定Ti(C，N)基金属陶瓷的抗弯强度。表3是测定结果。用经过处理的TiC和TiN粉末制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的抗弯强度有明显的提高。
表3未经过和经过CHCl3处理的TiC和TiN粉末制备成的Ti(C，N)基金属陶瓷的抗弯强度
将制备的Ti(C，N)基金属陶瓷用场发射扫描电子显微镜背散射模式成像观察显微组织。图1，图3分别是未经过和经过三氯甲烷CHCl3处理的TiC和TiN粉末制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的显微组织照片，放大倍数500×。从图1上可以看出，未经过三氯甲烷CHCl3处理的TiC和TiN粉末制备的Ti(C，N)基金属陶瓷，在烧结过程中出现了烧结裂纹，而经过三氯甲烷CHCl3处理的，从图3中可以看出，体内未出现烧结裂纹。未出现烧结裂纹的现象说明，TiC、TiN粉末表面脆性的二氧化钛TiO2氧化膜已基本去除，可以改善粉末的压制性，有利于压制品的成型。
图2，图4是未经过和经过三氯甲烷CHCl3处理的TiC和TiN粉末制备的Ti(C，N)基金属陶瓷的显微组织放大5000倍的照片。从图中可以观察到，经过三氯甲烷CHCl3处理后的TiC和TiN粉末制备成的Ti(C，N)基金属陶瓷，硬质相尺寸明显减小，组织均匀。这种现象说明，经过三氯甲烷CHCl3处理的TiC和TiN粉末，烧结过程中与粘结相镍Ni的润湿性得到了改善。
权利要求
1.一种降低碳化钛和氮化钛粉末氧含量的方法，其特征在于将固体碳化钛和固体氮化钛粉末分别置于三氯甲烷液体中发生化学反应，当液体中无气泡产生时，处理过程结束。
2.根据权利要求1所述的降低碳化钛和氮化钛粉末氧含量的方法，其特征在于碳化钛和固体氮化钛固体粉末与三氯甲烷液体体积比在1∶1～10之间，碳化钛与三氯甲烷反应的温度为35～61.7℃，氮化钛与三氯甲烷反应的温度为40～60℃。
3.根据权利要求1所述的降低碳化钛和氮化钛粉末氧含量的方法，其特征在于与三氯甲烷反应后的物料分别用无水乙醇冲洗抽滤后，在150℃下真空干燥，得到处理后的碳化钛和氮化钛粉末。
全文摘要
一种降低碳化钛和氮化钛粉末氧含量的方法，将固体碳化钛和固体氮化钛粉末分别置于三氯甲烷液体中，两固体粉末与三氯甲烷液体体积比在1∶1～10之间，碳化钛处理温度为35～61.7℃，氮化钛温度为40～60℃，当无气泡产生后，处理过程结束。本发明用三氯甲烷化学方法去除碳化钛和氮化钛粉末颗粒表面的二氧化钛TiO2氧化膜，使粉末的氧含量降低，解决因粉末在储存和运输过程中发生氧化导致的制备的碳氮化钛基金属陶瓷孔隙率高和机械性能低的问题。将采用本发明提供的方法处理过的碳化钛TiC和氮化钛TiN粉末用于制备碳氮化钛基金属陶瓷，消除了烧结裂纹，硬质相尺寸明显减小，显微组织均匀，抗弯强度明显提高。
文档编号C04B35/626GK101767998SQ20101010222
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者丰平, 张晓明, 李晓贺, 赵玉玲 申请人:三峡大学