專利名稱：鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝及其用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及粉末冶金的技術領域，尤其涉及鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝及其用途。
背景技術：
粉末冶金中經常會遇到晶粒異常長大的問題，異常晶粒長大會破壞產品的品質。例如在磁性材料中會導致矯頑力降低、方形度變差；在硬質合金的制備中會降低硬質合金的硬度、易裂、不耐磨等；在陶瓷中易裂、外觀不好等。目前硬質合金中常用的控制晶粒長大的抑制劑有VC，Mo2C，Cr3C，NbC，TaC，TiC，ZrC，ThO2等。現有的技術中有采用VC、Cr3C2發展了一種新型固溶晶粒長大抑制劑體系，它能夠在WC/Co中均勻分散，從而更有效地抑制晶粒長大。例如采用真空/壓力燒結工藝制備WC-12％Co超細硬質合金時，當晶粒抑制劑含量為0.5％VC/0.2％Cr3C2，1430℃和4MPa燒結制備的WC12％Co超細硬質合金的抗彎強度達3786MPa，硬度為91.7HR，WC平均晶粒尺寸為0.6μm，富集在WC晶粒的0001面上的V阻止WC晶面遷移，固溶在粘結相中的Cr3C2減緩WC顆粒在粘結相中溶解析出和再結晶長大過程，二者綜合作用使WC晶粒細化，該技術的出處為《難熔鎢合金與硬質合金的研究新動向》中國硬質合金網，2005.9.28發表。現有技術中CrB2也是一種常用的晶粒長大抑制劑。
現有技術中，如申請號95102454.X，授權公告號CN1059367C，公告日2000年12月13日公開了中國發明專利《氫化法生產鋯和鋯-2合金粉末的制備工藝》，其特征是將鋯(鋯-2合金)在5×10-3Pa、500℃～600℃下保溫滲氫2h，生成ZrHx(Zr-2Hx)，將ZrHx(Zr-2Hx)粉在5×10-3Pa，750℃±10℃下保溫脫氫2h生成鋯(鋯-2合金)粉，篩分所得粉末使其粒度小于44μm。其顯著優點是鋯和鋯-2合金粉末中氫、氮和碳含量均分別小于25、80、270μg/g，氧含量分別小于1600μg/g和2300μg/g，能滿足堆用要求。它的重要目的是得到可用于核反應堆的高純鋯粉。
發明內容
本發明所要解決的技術問題之一是提供一種簡單實用、無需脫氫的鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝。
本發明所要解決的技術問題之二是提供一種極易破碎到微米級的鋯氫晶粒增長抑制劑的用途。該用途能夠使晶粒增長抑制劑更好地均勻分散在主相周圍的邊界相上，以便充分發揮作用。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝，措施包括將海綿鋯或切碎的金屬鋯置入氫破碎爐中，將氫破碎爐抽真空至1×10-1Pa，然后再在氫破碎爐中通入氫氣至0.05MPa～0.2MPa；加熱氫破碎爐至200℃～600℃，鋯與氫氣反應生成鋯氫化合物為鋯氫晶粒增長抑制劑，分子式為ZrHx；鋯與氫氣反應完成后，氫破碎爐排空氫氣并抽真空到至少1Pa，然后該氫破碎爐通入Ar氣到至少0.01MPa；氫破碎爐中的水冷裝置啟動將氫破碎爐及位于氫破碎爐內的鋯氫化合物產品冷卻至室溫；該鋯氫晶粒增長抑制劑產品出爐過程中用氮氣加以保護，該鋯氫晶粒增長抑制劑產品貯藏于充有氮氣的罐中。
優化的技術措施還包括上述的氫破碎爐為外熱式，或為內熱式，或為旋轉式，或為靜止式。
一種鋯氫晶粒增長抑制劑的用途，其包括鋯氫晶粒增長抑制劑能應用于包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金領域，以及陶瓷領域；尤其適合應用于燒結釹鐵硼磁體的制備；粉末冶金領域生產過程中的粉體制備分為粗破碎、中破碎、微粉制備三個步驟；鋯氫晶粒增長抑制劑能在粗破碎步驟中直接與粉體主相混合，或能先經氣流磨磨碎成粒度小于2微米的鋯氫晶粒增長抑制劑超細粉，然后與微粉制備步驟所制備的微粉混合；鋯氫晶粒增長抑制劑超細粉易燃，使用時要在氮氣保護下使用。
上述的鋯氫晶粒增長抑制劑特別適合于燒結釹鐵硼磁體的制備，能夠抑制異常晶粒長大，并能夠提高燒結釹鐵硼磁體的矯頑力。
上述的鋯氫晶粒增長抑制劑的添加比例根據所包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金領域，以及陶瓷領域而確定；在燒結釹鐵硼磁體的制備中的添加比例為重量百分比0.01％～1.0％。
上述的鋯氫晶粒增長抑制劑在燒結時會分解形成還原性氣體氣氛，對于易于氧化的材料有防氧化作用。
上述的易于氧化的材料包括有燒結釹鐵硼磁體。
上述的鋯氫晶粒增長抑制劑加入包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金粉體，以及陶瓷粉體后燒結溫度范圍能變寬10℃左右。
與現有技術相比，本發明的鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝為將海綿鋯或切碎的金屬鋯置入氫破碎爐中，將氫破碎爐抽真空至1×10-1Pa，然后再在氫破碎爐中通入氫氣至0.05MPa～0.2MPa；加熱氫破碎爐至200℃～600℃，鋯與氫氣反應生成鋯氫化合物為鋯氫晶粒增長抑制劑，分子式為ZrHx；其具有簡單實用、無需脫氫的顯著實質性的特點；該鋯氫晶粒增長抑制劑的用途能應用于包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金領域，以及陶瓷領域；其具有極易破碎到微米級的用途特點，特別對于燒結釹鐵硼磁體的制備作用明顯。解決了粉末冶金中晶粒異常長大的問題，有利于提高產品的品質；并在磁性材料中會提高矯頑力、改善方形度；在硬質合金的制備中會提高硬質合金的硬度、柔韌性、耐磨性等；在陶瓷制備中改善柔韌性，有利于防止開裂。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。
一種鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝，措施包括將海綿鋯或切碎的金屬鋯置入氫破碎爐中，將氫破碎爐抽真空至1×10-1Pa，然后再在氫破碎爐中通入氫氣至0.05MPa～0.2MPa；加熱氫破碎爐至200℃～600℃，鋯與氫氣反應生成鋯氫化合物為鋯氫晶粒增長抑制劑，分子式為ZrHx；鋯與氫氣反應完成后，氫破碎爐排空氫氣并抽真空到至少1Pa，然后該氫破碎爐通入Ar氣到至少0.01MPa；氫破碎爐中的水冷裝置啟動將氫破碎爐及位于氫破碎爐內的鋯氫化合物產品冷卻至室溫；該鋯氫晶粒增長抑制劑產品出爐過程中用氮氣加以保護，該鋯氫晶粒增長抑制劑產品貯藏于充有氮氣的罐中。上述的氫破碎爐為外熱式，或為內熱式，或為旋轉式，或為靜止式。
一種鋯氫晶粒增長抑制劑的用途，其包括鋯氫晶粒增長抑制劑能應用于包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金領域，以及陶瓷領域；尤其適合應用于燒結釹鐵硼磁體的制備；粉末冶金領域生產過程中的粉體制備分為粗破碎、中破碎、微粉制備三個步驟；鋯氫晶粒增長抑制劑能在粗破碎步驟中直接與粉體主相混合，或能先經氣流磨磨碎成粒度小于2微米的鋯氫晶粒增長抑制劑超細粉，然后與微粉制備步驟所制備的微粉混合；鋯氫晶粒增長抑制劑超細粉易燃，使用時要在氮氣保護下使用。上述的鋯氫晶粒增長抑制劑特別適合于燒結釹鐵硼磁體的制備，能夠抑制異常晶粒長大，并能夠提高燒結釹鐵硼磁體的矯頑力。上述的鋯氫晶粒增長抑制劑的添加比例根據所包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金領域，以及陶瓷領域而確定；在燒結釹鐵硼磁體的制備中的添加比例為重量百分比0.01％～1.0％。上述的鋯氫晶粒增長抑制劑在燒結時會分解形成還原性氣體氣氛，對于易于氧化的材料有防氧化作用。上述的易于氧化的材料包括有燒結釹鐵硼磁體。上述的鋯氫晶粒增長抑制劑加入包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金粉體，以及陶瓷粉體后燒結溫度范圍能變寬10℃左右。
本發明的應用實施例。實施例一將燒結釹鐵硼磁體配方成分為重量百分比23.5％Nd，6.0％Pr，0.5％Dy，1.0％Tb，1.0％Co，0.1％Cu，0.3％Al，1.0％B，66.6％Fe的釹鐵硼鑄錠或速凝釹鐵硼薄帶氫破碎。氫破碎過程的條件如下將粗破后的釹鐵硼鑄錠或速凝釹鐵硼薄帶裝入氫破碎爐中→抽真空至1Pa以下→充入Ar氣洗氫破碎爐→二次抽真空→然后充入氫氣至0.1MPa～0.2MPa→反應2小時→反應結束后排空氫氣并抽真空→然后加熱至500℃～600℃脫氫5小時～7小時至10Pa以下→充入Ar氣并水冷至室溫→出爐→得到氫破碎釹鐵硼粉。將氫破碎釹鐵硼粉用氮氣保護的氣流磨磨至3微米～5微米，氧含量控制在約2000ppm。得到釹鐵硼微粉。
將鋯金屬切碎至5cm以下尺寸，根據本發明的鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝生產的鋯氫晶粒增長抑制劑，得到鋯氫晶粒增長抑制劑后，用氮氣保護的氣流磨磨至1微米～2微米。
所得釹鐵硼微粉與鋯氫晶粒增長抑制劑按重量比99.95∶0.05的比例在混料機中混合，混合3小時后燒結、時效、機加工并測磁性能。燒結溫度范圍為1080℃±10℃，密度為7.52g/cm3～7.58g/cm3。磁性能為Br＝1.37T～1.41T，Hci＝1150KA/m～1390KA/m，(BH)max＝358KJ/m3～385KJ/m3。
實施例二將實施例一中所述釹鐵硼微粉與鋯氫晶粒增長抑制劑按重量比99.9∶0.1的比例在混料機中混合，混合3小時后燒結、時效、機加工并測磁性能。燒結溫度范圍為1085℃±10℃，密度為7.54g/cm3～7.58g/cm3。磁性能為Br＝1.36T～1.40T，Hci＝1160KA/m～1440KA/m，(BH)max＝350KJ/m3～380KJ/m3。
本發明與現有技術相比的比較例將實施例一中所述的釹鐵硼微粉直接在磁場中壓制成型，然后燒結、時效、機加工并測磁性能。燒結溫度范圍為1060℃±5℃，密度為7.53g/cm3～7.55g/cm3。磁性能為Br＝1.37T～1.41T，Hci＝1114KA/m～1353KA/m，(BH)max＝358KJ/m3～382KJ/m3。
實施例一、二與比較例的總結見表一表一.磁體性能比較
上述結果表明，通過添加鋯氫晶粒增長抑制劑可使制備燒結釹鐵硼的燒結溫度變寬，同時可提高釹鐵硼磁體的矯頑力。
雖然本發明已通過參考優選的實施例進行了描述，但是，本專業普通技術人員應當了解，在權利要求書的范圍內，可作形式和細節上的各種各樣變化。
權利要求
1.一種鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝，其特征是將海綿鋯或切碎的金屬鋯置入氫破碎爐中，將氫破碎爐抽真空至1×10-1Pa，然后再在氫破碎爐中通入氫氣至0.05MPa～0.2MPa；加熱氫破碎爐至200℃～600℃，鋯與氫氣反應生成鋯氫化合物為鋯氫晶粒增長抑制劑，分子式為ZrHx；所述的鋯與氫氣反應完成后，所述的氫破碎爐排空氫氣并抽真空到至少1Pa，然后該氫破碎爐通入Ar氣到至少0.01MPa；所述的氫破碎爐中的水冷裝置啟動將氫破碎爐及位于氫破碎爐內的鋯氫化合物產品冷卻至室溫；該鋯氫晶粒增長抑制劑產品出爐過程中用氮氣加以保護，該鋯氫晶粒增長抑制劑產品貯藏于氮氣罐中。
2.根據權利要求1所述的一種鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝，其特征是所述的氫破碎爐為外熱式，或為內熱式，或為旋轉式，或為靜止式。
3.一種鋯氫晶粒增長抑制劑的用途，其特征是所述的鋯氫晶粒增長抑制劑能應用于包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金領域，以及陶瓷領域；尤其適合應用于燒結釹鐵硼磁體的制備；所述的粉末冶金領域生產過程中的粉體制備分為粗破碎、中破碎、微粉制備三個步驟；所述的鋯氫晶粒增長抑制劑能在粗破碎步驟中直接與粉體主相混合，或能先經氣流磨磨碎成粒度小于2微米的鋯氫晶粒增長抑制劑超細粉，然后與所述的微粉制備步驟所制備的微粉混合；所述的鋯氫晶粒增長抑制劑超細粉易燃，使用時要在氮氣保護下使用。
4.根據權利要求3所述的一種鋯氫晶粒增長抑制劑的用途，其特征是所述的鋯氫晶粒增長抑制劑特別適合于燒結釹鐵硼磁體的制備，能夠抑制異常晶粒長大，并能夠提高燒結釹鐵硼磁體的矯頑力。
5.根據權利要求3所述的一種鋯氫晶粒增長抑制劑的用途，其特征是所述的鋯氫晶粒增長抑制劑的添加比例根據所包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金領域，以及陶瓷領域而確定；在燒結釹鐵硼磁體的制備中的添加比例為重量百分比0.01％～1.0％。
6.根據權利要求3所述的一種鋯氫晶粒增長抑制劑的用途，其特征是所述的鋯氫晶粒增長抑制劑在燒結時會分解形成還原性氣體氣氛，對于易于氧化的材料有防氧化作用。
7.根據權利要求3所述的一種鋯氫晶粒增長抑制劑的用途，其特征是所述的易于氧化的材料包括有燒結釹鐵硼磁體。
8.根據權利要求3所述的一種鋯氫晶粒增長抑制劑的用途，其特征是所述的鋯氫晶粒增長抑制劑加入包含有硬質合金、磁性材料在內的粉末冶金粉體，以及陶瓷粉體后燒結溫度范圍能變寬10℃左右。
全文摘要
本發明公開了一種鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝及其用途，其中鋯氫晶粒增長抑制劑的制備工藝為將海綿鋯或切碎的金屬鋯置入氫破碎爐中，將氫破碎爐抽真空至1×10
文檔編號C22C29/06GK101041871SQ20071006842
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月30日 優先權日2007年4月30日
發明者姚宇良, 梁樹勇, 蘇振華, 彭維波 申請人:寧波科寧達工業有限公司