本发明涉及钒氮合金生产技术领域,特别是涉及一种钒氮合金及其生产方法。
背景技术:
钒是一种重要的合金元素,在钢中添加万分之几就对钢的强度有明显的提高,钒氮合金是比钒铁更有效的合金添加剂,在保持钢的强度水平基本相同的情况下,钢中添加钒氮合金比添加钒铁节约钒30%以上,从而降低了钢的生产成本,虽然钒氮合金的生产方法较多,例如真空法、常压氮化法等,且生产都已达到了较高的水平,但其都存在产量较低、质量不稳等问题,为了提高钒氮合金的产品质量,需要一种反应迅速、氮含量高的钒氮合金生产方法。
技术实现要素:
本发明要解决的技术问题是,克服现有技术的不足,提供一种氮含量高的钒氮合金及其生产方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是:
本发明之钒氮合金,主要元素组成如下:钒78-80%,氮18-19%,碳1-3%,磷0.03-0.05%,硫0.03-0.05%,余量为其他杂质。
本发明之钒氮合金的生产方法,包括以下步骤:
步骤一:将五氧化二钒、三氧化二钒分别进行研磨,研磨后分别通过筛网筛选出粒径70-100目之间的细粉状五氧化二钒、细粉状三氧化二钒;
步骤二:将步骤一所得细粉状五氧化二钒、细粉状三氧化二钒掺杂石墨烯、铝粉和烧结助剂氧化镁,均匀混合后压制成薄板;
各原料的重量份数分别为:细粉状五氧化二钒20-30份、细粉状三氧化二钒40-50份、石墨烯15-20份、铝粉1-2份和烧结助剂氧化镁0.5-1份;
步骤三:将步骤二所得薄板放入炉窑中不叠层摆放;
步骤四:将炉窑内的空气抽空并通入含氮混合气体进行高温煅烧3-4小时,即得。
所述含氮混合气体的组成:氮气体积含量为90-95%,氩气体积含量为4-9%,氨气体积含量0.1-1%。研究表明,加入少量氩气和氨气,能加快反应的进行,并且能提高钒氮合金中氮的含量。机理尚不明确,可能是氨气中的氮在高温下发生分离,可能会与氮气中的氮元素重排,增加反应体系中游离氮的含量,加快反应的进行。
高温煅烧的温度为1300-1400℃。通过调整配比和加入各助剂,可以显著降低煅烧的温度,以利于节省能源。
本发明中加入石墨烯,可以显著的降低煅烧的温度,并且缩短煅烧的时间。
本发明氮化混合气体中加入少量氩气和氨气,能加快反应的进行,并且能提高钒氮合金中氮的含量。可能是氨气中的氮在高温下发生分离,可能会与氮气中的氮元素重排,增加反应体系中游离氮的含量,加快反应的进行。
本发明通过原料的破碎、压板,将原料的延展与氮气形成最大接触面,增加氮气的流动和接触面,更好更快更加经济的生产钒氮合金。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例之钒氮合金,主要元素组成如下:钒78%,氮19%,碳2%,磷0.03%,硫0.05%,余量为其他杂质。
本实施例之钒氮合金的生产方法,包括以下步骤:
步骤一:将五氧化二钒、三氧化二钒分别进行研磨,研磨后分别通过筛网筛选出粒径70-100目之间的细粉状五氧化二钒、细粉状三氧化二钒;
步骤二:将步骤一所得细粉状五氧化二钒、细粉状三氧化二钒掺杂石墨烯、铝粉和烧结助剂氧化镁,均匀混合后压制成薄板;
各原料的重量份数分别为:细粉状五氧化二钒20份、细粉状三氧化二钒50份、石墨烯20份、铝粉2份和烧结助剂氧化镁1份;
步骤三:将步骤二所得薄板放入炉窑中不叠层摆放;
步骤四:将炉窑内的空气抽空并通入含氮混合气体进行高温煅烧4小时,即得。
所述含氮混合气体的组成:氮气体积含量为95%,氩气体积含量为4%,氨气体积含量1%。研究表明,加入少量氩气和氨气,能加快反应的进行,并且能提高钒氮合金中氮的含量。机理尚不明确,可能是氨气中的氮在高温下发生分离,可能会与氮气中的氮元素重排,增加反应体系中游离氮的含量,加快反应的进行。
高温煅烧的温度为1300℃。通过调整配比和加入各助剂,可以显著降低煅烧的温度,以利于节省能源。
实施例2
本实施例之钒氮合金,主要元素组成如下:钒80%,氮18%,碳1%,磷0.05%,硫0.05%,余量为其他杂质。
本实施例之钒氮合金的生产方法,包括以下步骤:
步骤一:将五氧化二钒、三氧化二钒分别进行研磨,研磨后分别通过筛网筛选出粒径70-100目之间的细粉状五氧化二钒、细粉状三氧化二钒;
步骤二:将步骤一所得细粉状五氧化二钒、细粉状三氧化二钒掺杂石墨烯、铝粉和烧结助剂氧化镁,均匀混合后压制成薄板;
各原料的重量份数分别为:细粉状五氧化二钒30份、细粉状三氧化二钒40份、石墨烯15份、铝粉2份和烧结助剂氧化镁0.5份;
步骤三:将步骤二所得薄板放入炉窑中不叠层摆放;
步骤四:将炉窑内的空气抽空并通入含氮混合气体进行高温煅烧3小时,即得。
所述含氮混合气体的组成:氮气体积含量为90%,氩气体积含量为9%,氨气体积含量1%。研究表明,加入少量氩气和氨气,能加快反应的进行,并且能提高钒氮合金中氮的含量。机理尚不明确,可能是氨气中的氮在高温下发生分离,可能会与氮气中的氮元素重排,增加反应体系中游离氮的含量,加快反应的进行。
高温煅烧的温度为1400℃。通过调整配比和加入各助剂,可以显著降低煅烧的温度,以利于节省能源。
实施例3
本实施例之钒氮合金,主要元素组成如下:钒79%,氮18.5%,碳2%,磷0.03%,硫0.03%,余量为其他杂质。
本实施例之钒氮合金的生产方法,包括以下步骤:
步骤一:将五氧化二钒、三氧化二钒分别进行研磨,研磨后分别通过筛网筛选出粒径70-100目之间的细粉状五氧化二钒、细粉状三氧化二钒;
步骤二:将步骤一所得细粉状五氧化二钒、细粉状三氧化二钒掺杂石墨烯、铝粉和烧结助剂氧化镁,均匀混合后压制成薄板;
各原料的重量份数分别为:细粉状五氧化二钒25份、细粉状三氧化二钒45份、石墨烯18份、铝粉1份和烧结助剂氧化镁1份;
步骤三:将步骤二所得薄板放入炉窑中不叠层摆放;
步骤四:将炉窑内的空气抽空并通入含氮混合气体进行高温煅烧4小时,即得。
所述含氮混合气体的组成:氮气体积含量为92%,氩气体积含量为7.9%,氨气体积含量0.1%。研究表明,加入少量氩气和氨气,能加快反应的进行,并且能提高钒氮合金中氮的含量。机理尚不明确,可能是氨气中的氮在高温下发生分离,可能会与氮气中的氮元素重排,增加反应体系中游离氮的含量,加快反应的进行。
高温煅烧的温度为1400℃。通过调整配比和加入各助剂,可以显著降低煅烧的温度,以利于节省能源。
对比例1
本对比例之钒氮合金的生产方法,除将石墨烯替换为碳粉外,其他反应条件与实施例1相同。
本对比例所得钒氮合金,主要元素组成如下:钒70%,氮15%,碳2%,磷0.03%,硫0.05%,余量为其他杂质。
对比例2
本对比例之钒氮合金的生产方法,除将含氮混合气体替换为氮气外,其他反应条件与实施例2相同。
本对比例所得钒氮合金,主要元素组成如下:钒71%,氮16%,碳3%,磷0.03%,硫0.05%,余量为其他杂质。
对比例3
本对比例之钒氮合金的生产方法,步骤二均匀混合后不压制成薄板,直接放入炉窑内反应,其他反应条件与实施例3相同。
本对比例所得钒氮合金,主要元素组成如下:钒76%,氮16%,碳4%,磷0.06%,硫0.06%,余量为其他杂质。