CN113718103B - 一种粉状钒氮合金的成型方法 - Google Patents

一种粉状钒氮合金的成型方法 Download PDF

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Abstract

一种粉状钒氮合金的成型方法，按照质量百分比计，钒氮合金原料包括如下组份：钒化合物50%‑70%、碳质还原剂3%‑5%、粘结剂2%‑5%、水10%‑15%、铁粉10%‑30%；所述粘结剂为：聚酯树脂20‑30重量份、羟基丙烯酸树脂5‑10重量份、聚碳酸酯二醇1重量份。本发明通过在钒氮合金成型时添加水和特定种类、配比的粘结剂，并合理控制粘结剂和水的比例，以使得混合时粘结剂能充分扩散深入活化的钒化合物中，增加接触面积，干燥后水分挥发，粘结剂被干燥，将钒氮合金紧紧粘结起来，并且不易散粉。本发明所得成型钒氮合金的强度为25‑32MPa，密度为2.8‑3.2g/cm。

Description

一种粉状钒氮合金的成型方法
技术领域
本发明涉及钒氮合金领域，尤其是涉及一种粉状钒氮合金的成型方法。
背景技术
在钢的生产制造过程中，往往会添加钒氮合金来提高钢的强度、韧性、延展性及抗热疲劳性等综合机械性能，并使钢具有良好的可焊性。钒氮合金作为一种新兴的产品，研究其生产技术已成为钒行业必然的潮流，在生产钒氮合金时，需要对钒氮合金进行成型，但现有的部分钒氮合金在生产制造时成型后容易破碎，造成损失，存在产品制造成本较高的问题，因此，为了解决此类问题，我们提出了一种粉状钒氮合金的成型方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种粉状钒氮合金的成型方法，所得钒氮合金成型性好，成型后不容易破碎。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是，
一种粉状钒氮合金的成型方法，按照质量百分比计，钒氮合金原料包括如下组份：钒化合物50%-70%、碳质还原剂3%-5%、粘结剂2%-5%、水10%-15%、铁粉10%-30%。各原料的质量百分比之和为100%。
进一步，所述粘结剂为：聚酯树脂20-30重量份、羟基丙烯酸树脂5-10重量份、聚碳酸酯二醇1重量份。
本发明加入水用来稀释粘结剂，并合理控制粘结剂和水的比例，以使得混合时粘结剂能充分扩散深入活化的钒化合物中，增加接触面积，干燥后水分挥发，粘结剂被干燥，将钒氮合金紧紧粘结起来，并且不易散粉。
进一步，聚酯树脂，优选饱和聚酯树脂，优选数均分子量Mn为3000～5000。研究表明，数均分子量太大的树脂难以渗透入钒氮合金分子中或分子间，不利于提高其粘结性和成型性能；反之数均分子量太小的树脂粘结性能不足，不利于钒氮合金的成型。经过实验，本发明选择合适的数均分子量，能提高钒氮合金的成型性能。
进一步，羟基丙烯酸树脂，优选固含量为40-45wt%。此羟基丙烯酸树脂在钒氮合金材质上具有优异的附着力和耐水性；可以提高钒氮合金的成型性能、耐水性能和后加工稳定性。
进一步，聚碳酸酯二醇，优选数均分子量Mn为1500-1600。本发明添加聚碳酸酯二醇，主要提高抗水性，使得氮化钒成型后不会遇水即散。具有优异的机械加工性。
进一步，所述钒化合物为五氧化二钒、三氧化二钒、偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾中的至少一种。
进一步，所述碳质还原剂为石墨烯、焦炭、石墨中的至少一种。
本发明之粉状钒氮合金的成型方法，包括以下步骤：
步骤一，将钒化合物破碎并进行球磨，将钒化合物球磨至粒径为80-120目，得球磨后的钒化合物；
球磨一方面是控制原料的粒径，一方面是活化原料钒化合物，使其增加与粘结剂的接触面积，有利于粘结剂发挥作用，进而有利于钒氮合金的成型。
步骤二，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和铁粉依次加入搅拌装置进行搅拌；
步骤三，往搅拌装置内加入水，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂、铁粉和水搅拌混合均匀；
步骤四，将经步骤三处理的原料在辊压球机上进行压坯，使原料在辊压球机上被压成椭圆形球体，得椭圆形球坯；
步骤五，将椭圆型球坯进行烘烤成型；
步骤六，将烘烤成型的椭圆型球坯在氮气气氛下，经1200-1800℃烧结，即得成型后的钒氮合金。
优选的，步骤一中对钒化合物进行破碎采用破碎机，破碎机转速为1500转/分-2500转/分，破碎时间为30分钟-45分钟，球磨时间控制在20分钟-30分钟。
优选的，步骤二中的搅拌装置搅拌时间控制在15分钟-30分钟。
优选的，步骤三中的搅拌装置搅拌时间控制在30分钟-60分钟，搅拌温度为常温-80℃（优选50℃-70℃）。在一定程度上提高搅拌温度，更有利于混合均匀和渗透。
优选的，步骤四中，辊压球机的压力控制在50Mpa-80Mpa,球坯的直径控制在20mm-50mm，球坯的厚度控制在10mm-30mm。
优选的，步骤五中，烘烤时间控制在1小时-2小时，烘烤温度控制在150℃-200℃。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过在钒氮合金成型时添加水和特定种类、配比的粘结剂，并合理控制粘结剂和水的比例，以使得混合时粘结剂能充分扩散深入活化的钒化合物中，增加接触面积，干燥后水分挥发，粘结剂被干燥，将钒氮合金紧紧粘结起来，并且不易散粉。使球坯成型后在转运过程中不易发生破碎，减少损失，同时在搅拌时更容易使原料之间充分混合，增加产品产出的质量。
2、通过球磨机将原料进行磨碎，使颗粒之间的缝隙更小，减少球坯的空气含量，增加球体颗粒之间的粘粘力，减少球坯破碎的风险，降低损失，提高工厂的经济效益，增加产品产量。
3、本发明所得成型钒氮合金的强度为25-32MPa，密度为2.8-3.2g/cm。
综上所述，本发明可以使原料之间充分混合，增加产品产出的质量，同时减少球坯破碎的风险，降低损失，提高工厂的经济效益，解决了现有的部分钒氮合金在生产制造时成型后容易破碎、造成损失、存在产品制造成本较高的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例之粉状钒氮合金的成型方法，按照质量百分比计，钒氮合金原料包括如下组份：钒化合物60%、碳质还原剂5%、粘结剂5%、水10%、铁粉20%。
所述粘结剂为：聚酯树脂20重量份、羟基丙烯酸树脂10重量份、聚碳酸酯二醇1重量份。
本发明加入水用来稀释粘结剂，并合理控制粘结剂和水的比例，以使得混合时粘结剂能充分扩散深入活化的钒化合物中，增加接触面积，干燥后水分挥发，粘结剂被干燥，将钒氮合金紧紧粘结起来，并且不易散粉。
聚酯树脂，为饱和聚酯树脂，数均分子量Mn为3000。研究表明，数均分子量太大的树脂难以渗透入钒氮合金分子中或分子间，不利于提高其粘结性和成型性能；反之数均分子量太小的树脂粘结性能不足，不利于钒氮合金的成型。经过实验，本发明选择合适的数均分子量，能提高钒氮合金的成型性能。
羟基丙烯酸树脂，固含量为40wt%。此羟基丙烯酸树脂在钒氮合金材质上具有优异的附着力和耐水性；可以提高钒氮合金的成型性能、耐水性能和后加工稳定性。
聚碳酸酯二醇，数均分子量Mn为1500。本发明添加聚碳酸酯二醇，主要提高抗水性，使得氮化钒成型后不会遇水即散。具有优异的机械加工性。
所述钒化合物为五氧化二钒。
所述碳质还原剂为石墨烯。
本实施例之粉状钒氮合金的成型方法，包括以下步骤：
步骤一，将钒化合物破碎并进行球磨，将钒化合物球磨至粒径为80-120目，得球磨后的钒化合物；
球磨一方面是控制原料的粒径，一方面是活化原料钒化合物，使其增加与粘结剂的接触面积，有利于粘结剂发挥作用，进而有利于钒氮合金的成型。
步骤二，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和铁粉依次加入搅拌装置进行搅拌；
步骤三，往搅拌装置内加入水，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂、铁粉和水搅拌混合均匀；
步骤四，将经步骤三处理的原料在辊压球机上进行压坯，使原料在辊压球机上被压成椭圆形球体，得椭圆形球坯；
步骤五，将椭圆型球坯进行烘烤成型；
步骤六，将烘烤成型的椭圆型球坯在氮气气氛下，经1500℃烧结，即得成型后的钒氮合金。
步骤一中对钒化合物进行破碎采用破碎机，破碎机转速为1500转/分，破碎时间为45分钟，球磨时间控制在30分钟。
步骤二中的搅拌装置搅拌时间控制在30分钟。
步骤三中的搅拌装置搅拌时间控制在60分钟，搅拌温度为50℃。在一定程度上提高搅拌温度，更有利于混合均匀和渗透。
步骤四中，辊压球机的压力控制在80Mpa,球坯的直径控制在20mm，球坯的厚度控制在10mm。
步骤五中，烘烤时间控制在1小时，烘烤温度控制在200℃。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过在钒氮合金成型时添加水和特定种类、配比的粘结剂，并合理控制粘结剂和水的比例，以使得混合时粘结剂能充分扩散深入活化的钒化合物中，增加接触面积，干燥后水分挥发，粘结剂被干燥，将钒氮合金紧紧粘结起来，并且不易散粉。使球坯成型后在转运过程中不易发生破碎，减少损失，同时在搅拌时更容易使原料之间充分混合，增加产品产出的质量。
2、通过球磨机将原料进行磨碎，使颗粒之间的缝隙更小，减少球坯的空气含量，增加球体颗粒之间的粘粘力，减少球坯破碎的风险，降低损失，提高工厂的经济效益，增加产品产量。
3、本实施例所得成型钒氮合金的强度为32MPa，密度为3.2g/cm。
实施例2
本实施例之粉状钒氮合金的成型方法，按照质量百分比计，钒氮合金原料包括如下组份：钒化合物50%、碳质还原剂3%、粘结剂2%、水15%、铁粉30%。
所述粘结剂为：聚酯树脂30重量份、羟基丙烯酸树脂5重量份、聚碳酸酯二醇1重量份。
本发明加入水用来稀释粘结剂，并合理控制粘结剂和水的比例，以使得混合时粘结剂能充分扩散深入活化的钒化合物中，增加接触面积，干燥后水分挥发，粘结剂被干燥，将钒氮合金紧紧粘结起来，并且不易散粉。
聚酯树脂，为饱和聚酯树脂，数均分子量Mn为5000。研究表明，数均分子量太大的树脂难以渗透入钒氮合金分子中或分子间，不利于提高其粘结性和成型性能；反之数均分子量太小的树脂粘结性能不足，不利于钒氮合金的成型。经过实验，本发明选择合适的数均分子量，能提高钒氮合金的成型性能。
羟基丙烯酸树脂，固含量为45wt%。此羟基丙烯酸树脂在钒氮合金材质上具有优异的附着力和耐水性；可以提高钒氮合金的成型性能、耐水性能和后加工稳定性。
聚碳酸酯二醇，数均分子量Mn为1600。本发明添加聚碳酸酯二醇，主要提高抗水性，使得氮化钒成型后不会遇水即散。具有优异的机械加工性。
所述钒化合物三氧化二钒。
所述碳质还原剂为石墨。
本实施例之粉状钒氮合金的成型方法，包括以下步骤：
步骤一，将钒化合物破碎并进行球磨，将钒化合物球磨至粒径为80-120目，得球磨后的钒化合物；
球磨一方面是控制原料的粒径，一方面是活化原料钒化合物，使其增加与粘结剂的接触面积，有利于粘结剂发挥作用，进而有利于钒氮合金的成型。
步骤二，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和铁粉依次加入搅拌装置进行搅拌；
步骤三，往搅拌装置内加入水，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂、铁粉和水搅拌混合均匀；
步骤四，将经步骤三处理的原料在辊压球机上进行压坯，使原料在辊压球机上被压成椭圆形球体，得椭圆形球坯；
步骤五，将椭圆型球坯进行烘烤成型；
步骤六，将烘烤成型的椭圆型球坯在氮气气氛下，经1800℃烧结，即得成型后的钒氮合金。
步骤一中对钒化合物进行破碎采用破碎机，破碎机转速为2500转/分，破碎时间为30分钟，球磨时间控制在20分钟。
步骤二中的搅拌装置搅拌时间控制在30分钟。
步骤三中的搅拌装置搅拌时间控制在60分钟，搅拌温度为常温。
步骤四中，辊压球机的压力控制在80Mpa,球坯的直径控制在50mm，球坯的厚度控制在30mm。
步骤五中，烘烤时间控制在2小时，烘烤温度控制在150℃。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过在钒氮合金成型时添加水和特定种类、配比的粘结剂，并合理控制粘结剂和水的比例，以使得混合时粘结剂能充分扩散深入活化的钒化合物中，增加接触面积，干燥后水分挥发，粘结剂被干燥，将钒氮合金紧紧粘结起来，并且不易散粉。使球坯成型后在转运过程中不易发生破碎，减少损失，同时在搅拌时更容易使原料之间充分混合，增加产品产出的质量。
2、通过球磨机将原料进行磨碎，使颗粒之间的缝隙更小，减少球坯的空气含量，增加球体颗粒之间的粘粘力，减少球坯破碎的风险，降低损失，提高工厂的经济效益，增加产品产量。
3、本实施例所得成型钒氮合金的强度为25MPa，密度为2.8g/cm。
实施例3
一种粉状钒氮合金的成型方法，按照质量百分比计，钒氮合金原料包括如下组份：钒化合物70%、碳质还原剂3%、粘结剂2%、水15%、铁粉10%。
所述粘结剂为：聚酯树脂25重量份、羟基丙烯酸树脂8重量份、聚碳酸酯二醇1重量份。
本发明加入水用来稀释粘结剂，并合理控制粘结剂和水的比例，以使得混合时粘结剂能充分扩散深入活化的钒化合物中，增加接触面积，干燥后水分挥发，粘结剂被干燥，将钒氮合金紧紧粘结起来，并且不易散粉。
聚酯树脂，为饱和聚酯树脂，数均分子量Mn为4000。研究表明，数均分子量太大的树脂难以渗透入钒氮合金分子中或分子间，不利于提高其粘结性和成型性能；反之数均分子量太小的树脂粘结性能不足，不利于钒氮合金的成型。经过实验，本发明选择合适的数均分子量，能提高钒氮合金的成型性能。
羟基丙烯酸树脂，固含量为40wt%。此羟基丙烯酸树脂在钒氮合金材质上具有优异的附着力和耐水性；可以提高钒氮合金的成型性能、耐水性能和后加工稳定性。
聚碳酸酯二醇，数均分子量Mn为1600。本发明添加聚碳酸酯二醇，主要提高抗水性，使得氮化钒成型后不会遇水即散。具有优异的机械加工性。
所述钒化合物为偏钒酸铵。
所述碳质还原剂为焦炭。
本实施例之粉状钒氮合金的成型方法，包括以下步骤：
步骤一，将钒化合物破碎并进行球磨，将钒化合物球磨至粒径为80-120目，得球磨后的钒化合物；
球磨一方面是控制原料的粒径，一方面是活化原料钒化合物，使其增加与粘结剂的接触面积，有利于粘结剂发挥作用，进而有利于钒氮合金的成型。
步骤二，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和铁粉依次加入搅拌装置进行搅拌；
步骤三，往搅拌装置内加入水，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂、铁粉和水搅拌混合均匀；
步骤四，将经步骤三处理的原料在辊压球机上进行压坯，使原料在辊压球机上被压成椭圆形球体，得椭圆形球坯；
步骤五，将椭圆型球坯进行烘烤成型；
步骤六，将烘烤成型的椭圆型球坯在氮气气氛下，经1200℃烧结，即得成型后的钒氮合金。
步骤一中对钒化合物进行破碎采用破碎机，破碎机转速为2000转/分，破碎时间为40分钟，球磨时间控制在25分钟。
步骤二中的搅拌装置搅拌时间控制在20分钟。
步骤三中的搅拌装置搅拌时间控制在40分钟，搅拌温度为50℃。在一定程度上提高搅拌温度，更有利于混合均匀和渗透。
步骤四中，辊压球机的压力控制在60Mpa,球坯的直径控制在30mm，球坯的厚度控制在20mm。
步骤五中，烘烤时间控制在2小时，烘烤温度控制在200℃。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过在钒氮合金成型时添加水和特定种类、配比的粘结剂，并合理控制粘结剂和水的比例，以使得混合时粘结剂能充分扩散深入活化的钒化合物中，增加接触面积，干燥后水分挥发，粘结剂被干燥，将钒氮合金紧紧粘结起来，并且不易散粉。使球坯成型后在转运过程中不易发生破碎，减少损失，同时在搅拌时更容易使原料之间充分混合，增加产品产出的质量。
2、通过球磨机将原料进行磨碎，使颗粒之间的缝隙更小，减少球坯的空气含量，增加球体颗粒之间的粘粘力，减少球坯破碎的风险，降低损失，提高工厂的经济效益，增加产品产量。
3、本实施例所得成型钒氮合金的强度为30MPa，密度为3.0g/cm。
对比例1
本对比例，除采用相同量的聚乙烯醇代替粘结剂以外，其他操作参数都与实施例1相同。本实施例所得成型钒氮合金的强度为20MPa，密度为2.5g/cm。
对比例2
本对比例，除步骤一中不对钒化合物进行球磨以外，其他操作参数都与实施例1相同。本实施例所得成型钒氮合金的强度为22MPa，密度为2.6g/cm。
对比例3
本对比例，除不添加水以外，其他操作参数都与实施例1相同。本实施例所得成型钒氮合金的强度为21MPa，密度为2.4g/cm。

Claims (9)

1.一种粉状钒氮合金的成型方法，其特征在于，按照质量百分比计，钒氮合金原料包括如下组份：钒化合物50%-70%、碳质还原剂3%-5%、粘结剂2%-5%、水10%-15%、铁粉10%-30%；各原料的质量百分比之和为100%；
所述粘结剂为：聚酯树脂20-30重量份、羟基丙烯酸树脂5-10重量份、聚碳酸酯二醇1重量份；
所述粉状钒氮合金的成型方法，包括以下步骤：
步骤一，将钒化合物破碎并进行球磨，将钒化合物球磨至粒径为80-120目，得球磨后的钒化合物；
步骤二，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂和铁粉依次加入搅拌装置进行搅拌；
步骤三，往搅拌装置内加入水，将球磨后的钒化合物、碳质还原剂、粘结剂、铁粉和水搅拌混合均匀；
步骤四，将经步骤三处理的原料在辊压球机上进行压坯，使原料在辊压球机上被压成椭圆形球体，得椭圆形球坯；
步骤五，将椭圆型球坯进行烘烤成型；
步骤六，将烘烤成型的椭圆型球坯在氮气气氛下，经1200-1800℃烧结，即得成型后的钒氮合金。
2.根据权利要求1所述的粉状钒氮合金的成型方法，其特征在于，聚酯树脂为饱和聚酯树脂，数均分子量Mn为3000～5000。
3.根据权利要求1或2所述的粉状钒氮合金的成型方法，其特征在于，羟基丙烯酸树脂，固含量为40-45wt%。
4.根据权利要求1或2所述的粉状钒氮合金的成型方法，其特征在于，聚碳酸酯二醇，数均分子量Mn为1500-1600。
5.根据权利要求1或2所述的粉状钒氮合金的成型方法，其特征在于，所述钒化合物为五氧化二钒、三氧化二钒、偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾中的至少一种；
所述碳质还原剂为石墨烯、焦炭、石墨中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的粉状钒氮合金的成型方法，其特征在于，步骤一中对钒化合物进行破碎采用破碎机，破碎机转速为1500转/分-2500转/分，破碎时间为30分钟-45分钟，球磨时间控制在20分钟-30分钟。
7.根据权利要求1所述的粉状钒氮合金的成型方法，其特征在于，步骤二中的搅拌装置搅拌时间控制在15分钟-30分钟；
步骤三中的搅拌装置搅拌时间控制在30分钟-60分钟，搅拌温度为常温-80℃。
8.根据权利要求1所述的粉状钒氮合金的成型方法，其特征在于，步骤四中，辊压球机的压力控制在50MPa -80MPa ，球坯的直径控制在20mm-50mm，球坯的厚度控制在10mm-30mm。
9.根据权利要求1所述的粉状钒氮合金的成型方法，其特征在于，步骤五中，烘烤时间控制在1小时-2小时，烘烤温度控制在150℃-200℃。
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