稀有金属 2003,(01),132-134 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.01.032

真空碳热还原法制备高密度碳化钒

罗冬梅 陈厚生 隋智通

摘 要：

研究了采用真空碳热还原法由三氧化二钒制备碳化钒 , 并研究了碳化钒产物密度随实验条件的变化规律 , 找到了用于强化碳化钒产物密度的添加剂 , 研究结果表明 , 反应温度、添加剂是影响碳化钒产物密度的主要因素 , 反应时间对产物密度也有一定影响。研究结果同时表明 , 含铁化合物能有效地提高产物密度

关键词：

三氧化二钒;碳化钒;密度;真空碳热还原法;

中图分类号： TF841.3

收稿日期：2002-10-10

基金：国家重点科技项目 (攻关 ) 计划 ( 97 12 3 0 3 0 3 0 1);

Preparation of High Density VC by Vacuum Carbon Reduction Method

Abstract：

The high density vanadium carbide was prepared by vacuum carbon reduction method The factors which influence the products' density are the temperature, time and addition of Fe

Keyword：

vanadium carbide; density; vacuum carbon reduction method;

Received： 2002-10-10

钒是重要的合金元素, 在钢中能起沉淀硬化和晶粒细化的作用, 使钢的强度, 弹性, 韧性等综合机械性能得到提高。 由于这些性能的提高, 使钒广泛应用于各种钢种中, 特别是低合金高强钢中。 作为钒的合金添加剂, 碳化钒产物的密度直接影响钒在钢中的回收率, 高密度碳化钒制品能充分与熔融钢水接触, 由此提高钒在钢中的回收率。 制备碳化钒的方法有: 真空碳热还原法、 机械合金化方法等。 真空碳热还原法广泛应用于制备金属碳化物, 其特点在于该方法能有效地将反应体系中的气相产物排出反应体系, 有利于反应向生成产物方向转化, 快速平衡, 并能提高回收率, 降低反应温度。 真空条件提供的无氧环境能有效的避免产物的二次氧化, 提高产物质量。 本文研究了实验条件对碳化钒产物密度的影响规律, 研究了添加剂及用量对产物密度的影响规律, 为制备高密度碳化钒制品提供了依据。

1 实 验

1.1 原理

采用V₂O₃为原料, 选择碳热还原法制备碳化钒的反应为:

将上式作图得图1, 由图1可知, 降低气态产物CO的分压可以降低反应的初始温度, 如将CO分压降低至10^-4, 则反应温度可降低约450 K。 显然, 真空条件有利于产物的生成。

1.2 方法

反应物预先经过标准筛分级过筛, 然后按化学反应计量比配料, 适当调整配碳量, 同时加入添加剂和黏结剂, 充分混后压制成型, 经150 ℃烘干24 h后, 放置于真空碳管炉内, 温度范围1400～1800 K, 反应时间12～60 h, 真空度为6×10^-2 Pa, 反应后冷却至室温, 取样测定试样的物相组成及密度。

1.3 产物密度测试方法 [2]

以阿基米德原理为基础, 采用流体静力学方法测定产物密度。 具体操作如下, 称量样品在空气中的质量m₁和在水中质量m₂, 及吊蓝在水中的质量m₃, 按下面公式计算:

d=m1m1-m2-m3(d1-d2)+d2

其中d₁, d₂, 分别为水和空气的密度。

2 结果与讨论

2.1 产物的XRD分析结果

Cu靶, K_α=1.5418, 扫描范围20～80°。 XRD分析结果 (图2) 表明, 反应产物为分子式V₈C₇碳化钒。

图1 温度和CO分压与ΔG关系

Fig.1 Effect of CO partial pressure and temperature of ΔG

2.2 反应温度对产物致密度的影响

从图3温度与密度的关系看, 温度是影响反应终产物密度的重要因素, 致密度随着温度升高而按指数关系增长。 即密度增高到接近其理论密度时, 温度对密度的影响减弱。

2.3 反应时间对产物致密度的影响

从图4, 产物密度与反应时间的关系看出, 时间对产物密度有一定影响。 在反应初期产物密度偏低, 随着反应过程的进行, 烧结过程开始, 产物密度逐渐加大, 到一定时间产物密度完全由反应温度控制, 这时产物密度达到最大值。 以后密度仅随温度而变, 温度的影响远大于反应时间的延长。

图2 产物XRD谱图

Fig.2 XRD pattern of product

图3 温度对产物相对密度的影响

Fig.3 Effect fo temperature on relative density

图4 反应时间对产物密度影响

Fig.4 Effect of time on relative density

2.4 密度强化剂的选择

添加剂是提高碳化钒密度的有效途径, 但选择添加剂不应该引入杂质, 实验中研究了含铁化合物对产物密度的影响。 图5结果表明, 使用还原铁粉作为添加剂时, 产物密度随着铁粉加入量的提高而增加, 当加入量达到5%～7%时, 添加剂对产物密度的影响程度减缓。

图5 加铁量与产物密度关系

Fig.5 Effect of Fe on density

3 结 论

以V₂O₃为原料, 采用真空碳热还原方法, 可以制备出组成为V₈C₇的碳化钒。 温度影响产物密度, 随反应温度提高, 密度增大。 反应时间对密度也有一定影响。 添加5%～7%还原铁粉能提高产物密度。

参考文献

[1] 　黄道鑫.　提钒炼钢北京:冶金工业出版社, 20005.

[2] 　廖世明, 柏谈论编.　国外钒冶金.北京:冶金工业出版社, 1985.

[3] 　TangRZ .　PreparationofVCRareMetalsandCementedCar bides (China) , 2000, 2 (1) :11

[4] 　梁英教, 车荫昌.　无机物热力学数据手册沈阳:东北大学出版社, 1993