【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于金屬材料粉末冶金制備，具體涉及一種高純超細(xì)錸粉的制備方法。
技術(shù)介紹
1、常見的難熔金屬有鎢、鉭、鉬、鈮、鉿、鉻、釩和錸等，而其中錸是較為稀有的元素之一。錸以及錸合金具有熔點(diǎn)高、耐腐蝕、耐磨損、耐熱沖擊等優(yōu)異性能，在國防、航空航天、核能、電子以及化工等領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用。尤其是錸作為合金化添加元素時，能夠起到顯著的改性作用，提升高溫合金的綜合力學(xué)性能，例如鎢錸合金、鉬錸合金等。目前制備錸以及錸合金構(gòu)件常采用粉末冶金法，這就要求錸粉具有較高的純度和燒結(jié)活性。
2、目前工業(yè)上常用氫還原錸酸銨的方法制備錸粉。該方法簡單易行，但是其制備的錸粉易結(jié)塊，粒徑較粗，粉末流動性差。專利cn109773206a及cn113857488a公開的錸粉制備方法，均是氫氣還原錸酸銨法制備錸粉，粒徑d50在30μm左右，難以滿足目前高品質(zhì)錸制品對錸粉的需求。錸粉粒徑不僅能夠影響它的燒結(jié)活性，而且還會影響錸制品的燒結(jié)溫度、致密度、構(gòu)件的強(qiáng)度等。因此，亟需提供一種錸粉的制備方法，以解決現(xiàn)有制備方法制得的錸粉粒徑粗大的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種高純超細(xì)錸粉的制備方法，以細(xì)化錸粉的粒徑。細(xì)化粉末粒徑能夠提升粉末的燒結(jié)活性，從而提升致密度，同時也能夠細(xì)化晶粒，提升構(gòu)件的強(qiáng)度。
2、本專利技術(shù)提供的這種高純超細(xì)錸粉的制備方法，包括如下步驟：
3、1)制備三氧化錸粉末：將高錸酸銨煅燒，得到三氧化錸粉末；
4、2)碳熱預(yù)還原：將步驟1)得
5、3)氫氣終還原：將步驟2)得到的預(yù)還原粉末在氫氣氣氛下進(jìn)行終還原，得到高純超細(xì)錸粉。
6、優(yōu)選地，所述步驟1)還包括：將高錸酸銨先研磨，過200目篩，然后將過篩后的高錸酸銨粉末盛放于瓷舟并置于管式爐中，空氣條件下煅燒，得到三氧化錸粉末。
7、需要注意的是，煅燒時瓷舟要蓋上蓋子，以抑制氧化物揮發(fā)，提高產(chǎn)率。
8、優(yōu)選地，步驟1)中，所述高錸酸銨的純度為99.99％及以上；所述煅燒的工藝條件為：在空氣氣氛下煅燒，煅燒溫度為380℃～400℃，煅燒時間為2h～4h。
9、優(yōu)選地，所述步驟2)還包括：按摩爾比1:(0.5～2)配取三氧化錸粉末與炭黑，球磨混料后，將混合粉末盛放于瓷舟并置于管式爐中，然后在惰性氣體氣氛下加熱預(yù)還原，得到預(yù)還原粉末。
10、進(jìn)一步優(yōu)選地，球磨混料時，球料比為(2～4):1，混料轉(zhuǎn)速為100～200r/min，混料時間為6～10h；瓷舟中鋪粉厚度不超過5mm。
11、優(yōu)選地，步驟2)中，所述炭黑的平均粒徑為20～100nm；所述預(yù)還原的溫度為850℃-950℃，升溫速率為8～10℃/min，預(yù)還原時間為2～4h。
12、需要說明的是，炭黑粒徑較細(xì)，能夠作為形核質(zhì)點(diǎn)，輔助形核，起到細(xì)化粒徑的作用。
13、優(yōu)選地，步驟2)中，所述惰性氣體為氬氣，氬氣流量為0.4～0.6l/min。
14、優(yōu)選地，步驟3)中，所述終還原的溫度為800℃-900℃，升溫速率為8～10℃/min，終還原的時間為2h～4h；氫氣流量為0.4～0.6l/min。
15、需要說明的是，氫氣終還原能進(jìn)一步降低粉末中的碳氧雜質(zhì)含量。
16、根據(jù)上述制備方法制得的高純超細(xì)錸粉。
17、所述高純超細(xì)錸粉的純度大于99.95％，其中碳含量不超過0.019wt％，氧含量不超過0.03wt％，其平均粒度為108.6nm～152.5nm。
18、本專利技術(shù)所述步驟1)中，高錸酸銨與氧氣反應(yīng)生成三氧化錸的化學(xué)方程式為：
19、2nh4reo4+o2(g)＝2reo3(g)+n2(g)+4h2o(g)
20、本專利技術(shù)所述步驟3)中，氧化錸與炭黑反應(yīng)生成錸核的化學(xué)方程式為：
21、3reo3+3c＝2reo2(g)+re+2co2(g)+co(g)
22、2reo2+3c＝2re+co2(g)+2co(g)
23、本專利技術(shù)所述步驟4)中，氧化錸與氫氣反應(yīng)生成錸粉的化學(xué)方程式為：
24、reo3(g)+3h2(g)＝re+3h2o(g)
25、reo2(g)+2h2(g)＝re+2h2o(g)
26、本專利技術(shù)以純度為99.99％以上的高錸酸銨為原料，先利用管式爐在高溫下通入空氣制得三氧化錸粉末，再利用碳熱還原和氫還原法制備高純超細(xì)錸粉。傳統(tǒng)的直接氫還原高錸酸銨制備錸粉的主要機(jī)理是：被還原的單個原子在水蒸氣傳輸作用下實(shí)現(xiàn)聚集、形核、長大，而通過這種化學(xué)氣相遷移(cvt)的方式長大存在的最大問題在于無法形成大量分散的晶核，所以制備的錸粉粒徑比較粗大。
27、本專利技術(shù)首次采用炭黑預(yù)還原與氫氣終還原相結(jié)合的方法制備超細(xì)錸粉。由于炭黑的粒徑較細(xì)，與氧化物有更多的接觸點(diǎn)，在化學(xué)反應(yīng)后會形成大量分散的超細(xì)晶核。這些晶核隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行逐漸長大，從而消耗周邊的原料粉。由于反應(yīng)中沒有水蒸氣的參與，無法通過cvt的方式傳質(zhì)，只能通過原子擴(kuò)散長大，而原子擴(kuò)散速率較慢，晶核周圍的原料被消耗完后會形成塌陷空洞，難以繼續(xù)長大，從而細(xì)化錸粉的粒徑。該方法的主要機(jī)理在于對錸粉的形核和生長進(jìn)行調(diào)控，以獲得超細(xì)錸粉。
28、本專利技術(shù)的有益效果：
29、1)本專利技術(shù)提供的制備方法，操作過程簡單易行，成本低，產(chǎn)率高，適合工業(yè)生產(chǎn)與推廣。
30、2)本專利技術(shù)通過采用炭黑預(yù)還原與氫氣終還原相結(jié)合的方法來制備超細(xì)錸粉，能夠很好地對錸粉的形核和生長進(jìn)行調(diào)控，從而得到亞微米級粒徑的錸粉。與傳統(tǒng)的氫還原錸酸銨方法相比，本專利技術(shù)能夠減少錸粉的結(jié)塊，降低錸粉的粒徑。
31、3)本專利技術(shù)制得的超細(xì)錸粉粒徑小，純度高，能夠滿足高端錸制品的生產(chǎn)需求，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
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1.一種高純超細(xì)錸粉的制備方法，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)還包括：將高錸酸銨先研磨，過200目篩，然后將過篩后的高錸酸銨粉末盛放于瓷舟并置于管式爐中，空氣條件下煅燒，得到三氧化錸粉末。
3.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1)中，所述高錸酸銨的純度為99.99％及以上；所述煅燒的工藝條件為：在空氣氣氛下煅燒，煅燒溫度為380℃～400℃，煅燒時間為2h～4h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)還包括：按摩爾比1:(0.5～2)配取三氧化錸粉末與炭黑，球磨混料后，將混合粉末盛放于瓷舟并置于管式爐中，然后在惰性氣體氣氛下加熱預(yù)還原，得到預(yù)還原粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述炭黑的平均粒徑為20～100nm；所述預(yù)還原的溫度為850℃～950℃，升溫速率為8～10℃/min，預(yù)還原時間為2h～4h；所述惰性氣體為氬氣，氬氣流量為0.4～0.6L/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，球磨混
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述終還原的溫度為800℃～900℃，升溫速率為8～10℃/min，終還原的時間為2h～4h；氫氣流量為0.4～0.6L/min。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1或7所述制備方法制得的高純超細(xì)錸粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高純超細(xì)錸粉，其特征在于，所述錸粉的純度大于99.95％，其中碳含量不超過0.019wt％，氧含量不超過0.03wt％，平均粒度為108.6nm～152.5nm。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高純超細(xì)錸粉的制備方法，包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)還包括：將高錸酸銨先研磨，過200目篩，然后將過篩后的高錸酸銨粉末盛放于瓷舟并置于管式爐中，空氣條件下煅燒，得到三氧化錸粉末。
3.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1)中，所述高錸酸銨的純度為99.99％及以上；所述煅燒的工藝條件為：在空氣氣氛下煅燒，煅燒溫度為380℃～400℃，煅燒時間為2h～4h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)還包括：按摩爾比1:(0.5～2)配取三氧化錸粉末與炭黑，球磨混料后，將混合粉末盛放于瓷舟并置于管式爐中，然后在惰性氣體氣氛下加熱預(yù)還原，得到預(yù)還原粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述炭黑的平均粒徑為20～100nm；所述預(yù)還原的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳壯志，馬帥，王德志，
申請(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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