高纯碳化钒的制备及其在硬质合金中的应用

论文摘要

碳化钒是过渡金属碳化物中最重要的功能材料之一,具有一系列优异的性能,如高强度、高硬度、耐高温、耐酸碱、耐磨损、比重小、稳定性好以及良好的导电、导热性等。碳化钒能提高钢的各种综合机械性能,并已在钢铁工业中得到广泛应用。碳化钒的另一项重要用途是作为重要的硬质合金添加剂或作为涂层提高合金表面硬度。国内外,为提高硬质合金强度和硬度,常在硬质合金加入碳化钒作为颗粒强化相。碳化钒还广泛用于机械加工,冶金矿产,航天航空,微电子,催化等领域。目前国内外生产的碳化钒主要以五氧化二钒或三氧化二钒为原料,再加入相应的碳源,经还原碳化制备而成。硬质合金用碳化钒比钢中添加的碳化钒纯度要求要高。若采用冶金工业用五氧化二钒,其纯度不够高,会因其纯度问题,影响硬质合金的使用性能,不利于硬质合金发展的需要。目前国内硬质合金用碳化钒的生产方法是用市售冶金级五氧化二钒（V205=98%-99%）为原料,用碱重溶制得钒酸钠溶液后经净化、过滤、沉淀和煅烧制得高纯五氧化二钒。该方法存在着工艺复杂、辅助原料用量多、钒回收率低、产品成本高（生产成本高达45万元／吨）等缺点。本文针对上述生产碳化钒的不足,依托攀枝花丰富的钒钛资源,提出一种新的用偏钒酸铵制取高纯碳化钒的方法。主要研究了采用湿法冶金的方法,对多钒酸铵进行净化处理,制备高纯偏钒酸铵,再用二次还原碳化法,用偏钒酸铵直接制取适合硬质合金用的高纯碳化钒。不采用目前的用五氧化二钒制取碳化钒的方法,旨在省去偏钒酸铵煅烧成五氧化二钒的工序,以达到降低生产成本,提高产品质量、提高生产效率的目的。通过研究得到了提纯偏钒酸铵和制取碳化钒的最佳工艺条件,制取出的碳化钒技术指标达到了目前国内最高的行业标准,将研制出的碳化钒应用到硬质合金中取得了良好效果,可在硬质合金行业中广泛使用。下一步需在废水处理、工艺条件微调等方面继续进行研究工作,同时还可考虑研制碳化钒基硬质合金。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 碳化钒的应用领域
• 1.3.1 钢铁添加剂
• 1.3.2 硬质合金的晶粒长大抑制剂
• 1.3.3 碳化钒在硬质合金中作硬质相
• 1.3.4 碳化钒作热喷涂材料
• 1.3.5 碳化钒作碳源合成金刚石
• 1.4 碳化钒的主要制备方法
• 1.4.1 单质直接反应
• 1.4.2 机械合金方法
• 1.4.3 碳热还原反应
• 1.5 发展方向
• 1.6 本课题的研究目的、内容和意义
• 1.7 课题来源
• 1.8 本章小结
• 2 试验基本原理
• 2.1 高纯偏钒酸铵制取原理
• 2.1.1 沉钒PH和除杂剂的选择
• 2.1.2 除杂剂及沉钒剂的选择
• 2.1.3 钠盐的选择
• 2.2 制备碳化钒原理分析
• 2.2.1 一次还原碳化原理
• 2.2.2 二次还原碳化原理
• 2.2.3 碳热还原法制取VC的热力学分析
• 2.3 本章小结
• 3 试验方法及目标
• 3.1 试验原料
• 3.2 试验目标
• 3.3 试验设备
• 3.4 工艺流程
• 3.5 试验方法
• 4 提纯偏钒酸铵实验研究
• 4.1 实验步骤
• 4.2 提纯条件探究
• 4.2.1 实验方案及结果
• 4.2.2 实验结果分析
• 4.2.3 验证性实验方案及结果
• 4.2.4 实验结果分析讨论
• 4.2.5 结论
• 4.3 溶解反应动力学研究
• 4.3.1 反应溶液状态
• 4.3.2 “笼子”效应反应模型
• 4.3.3 反应动力学机理
• 4.3.4 实验验证和分析讨论
• 4.3.5 结论
• 4.4 本章小结
• 5 高纯碳化钒的制备研究
• 5.1 制备高纯碳化钒的一次还原碳化试验
• 5.1.1 一次还原碳化试验及结果
• 5.1.2 实验结果分析
• 5.1.3 稳定性实验及结果
• 5.2 制备高纯碳化钒的二次还原碳化试验
• 5.3 制备高纯碳化钒稳定性试验
• 5.4 本章小结
• 6 碳化钒在硬质合金中的应用
• 6.1 在碳化钨基（YG6）应用方案及结果
• 6.1.1 实验方案
• 6.1.2 烧结工艺
• 6.1.3 试验结果
• 6.2 在碳化钛基（KL04）应用方案及结果
• 6.2.1 实验方案
• 6.2.2 烧结工艺
• 6.2.3 试验结果
• 6.3 应用试验结果分析
• 6.4 本章小结
• 结论及有待解决的问题
• 参考文献
• 附录A 提纯偏钒酸铵实验方案
• 附录B 提纯偏钒酸铵回归方程计算过程
• 附录C 极值讨论
• 附录D 一次碳化实验方案
• 附录E 一次碳化回归方程计算过程
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢