專利名稱：一種氧化還原高強(qiáng)度銅粉的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粉末冶金行業(yè)中的金屬粉末，特別指氧化還原高強(qiáng)度銅粉及其制造方法。
在現(xiàn)有粉末冶金工業(yè)中，銅粉是一種應(yīng)用廣泛的粉末，依其生產(chǎn)原理可分為電解銅粉、霧化銅粉、氧化還原高強(qiáng)度銅粉及濕法冶金銅粉等四大類。
電解銅粉采用硫酸銅為電解液，通過調(diào)節(jié)電流密度從陰極獲得銅粉，其優(yōu)點(diǎn)為松裝密度低，一般為1.0～2.4克/立方厘米，生坯強(qiáng)度高，一般為20兆帕左右，因此廣泛應(yīng)用于含油軸承、電碳制品、摩擦材料、電工材料等行業(yè)。其缺點(diǎn)為A．生產(chǎn)工藝采用硫酸溶液，對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，西方發(fā)達(dá)國(guó)家正逐步減少電解銅粉的生產(chǎn)，美國(guó)已于九四年禁止電解銅粉的生產(chǎn)；B．流動(dòng)性差，與其它粉末混合對(duì)成份偏析大，產(chǎn)品性能均勻性差，而且無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)壓制；C．銅粉表面殘酸難以清除，容易氧化；D．松裝密度及粒度組成波動(dòng)大，性能很難穩(wěn)定。
霧化銅粉生產(chǎn)過程中無酸、堿污染，流動(dòng)性好，但應(yīng)用范圍很窄，因?yàn)榇嬖谌缦氯秉c(diǎn)A．松裝密度大，成型性差，一般松裝密度為3.5～4.5克/立方厘米，正常情況下只能在部分冶金產(chǎn)品中作小比例添加，電碳制品、銅基摩擦材料、電工材料等產(chǎn)品中均不能使用；B．生坯強(qiáng)度一般小于3兆帕。
濕法冶金銅粉應(yīng)用范圍更小，因?yàn)锳．顆粒太小，表面殘余化學(xué)藥劑很難清除干凈，極易氧化；B．壓縮性差；C．化工原料消耗量大，生產(chǎn)成本高，故濕法冶金的原料主要為低品位銅礦，成品銅粉雜質(zhì)含量且不穩(wěn)定。
氧化還原高強(qiáng)度銅粉具有良好的綜合性能，但是能生產(chǎn)氧化還原高強(qiáng)銅粉的國(guó)家僅美歐等數(shù)個(gè)國(guó)家的數(shù)個(gè)企業(yè)，而且價(jià)格遠(yuǎn)高于電解銅粉。我國(guó)以重慶治煉廠為代表的粉末生產(chǎn)企業(yè)從九十年代初開始與美國(guó)OMG公司等國(guó)外企業(yè)洽談高強(qiáng)銅粉技術(shù)合作項(xiàng)目，至今未果，以中南大學(xué)粉治所為代表的研究院所從八十年代開始研究氧化還原高強(qiáng)度銅粉，僅中南大學(xué)黃伯云院士于實(shí)驗(yàn)室試制出松裝密度2.68克/立方厘米氧化還原高強(qiáng)度銅粉十公斤，因生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，成本高，性能未達(dá)到設(shè)計(jì)要求而未能推廣應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是提供一種達(dá)到世界先進(jìn)水平而且設(shè)備投資小，制造成本低，生產(chǎn)周期短的一種氧化還原高強(qiáng)度銅粉的生產(chǎn)制造方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案A．將電解銅霧化為霧化銅粉；B．將霧化銅粉在高于500℃的氧化氣氛(空氣或其它氧化氣氛)下燒結(jié)成塊；C．將上述燒結(jié)塊(主要成份為氧化亞銅、氧化銅及部分未氧化的金屬銅)在高速破碎機(jī)中破碎至適當(dāng)粒度，并實(shí)現(xiàn)金屬銅與銅氧化物的剝離；D．將破碎物進(jìn)行風(fēng)力分級(jí)，將金屬銅與其氧化物分離；E．將分離后的氧化粉末于250℃以上還原(分解氨或氫氣)為金屬銅粉，此銅粉為海綿狀結(jié)構(gòu)；F．將還原后的銅粉破碎并經(jīng)風(fēng)力分解或篩分至客戶要求的粒度；G．將分級(jí)后的粉末進(jìn)行抗氧化處理并合批包裝。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、松裝密度可以在1.0～3.0之間任意調(diào)節(jié)并穩(wěn)定控制；2、與電解銅粉比具有良好的流動(dòng)性，松裝密度≥2.3時(shí)流速＜50秒/50克，與其它粉末混料時(shí)容易均勻，制品性能穩(wěn)定，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化壓制，提高設(shè)備生產(chǎn)能力；3、生坯強(qiáng)度高達(dá)12～18兆帕，產(chǎn)品具有良好的壓制性能；4、應(yīng)用范圍廣，可涵蓋電解銅粉與霧化銅粉的絕大部分領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式1、將電解銅霧化為霧化銅粉本方案采用水霧化或氣霧化方法均可，先將電解銅板剪切至合適的大小板以適應(yīng)溶煉爐膛尺寸，升溫至1250～1350℃加脫氧劑脫氧，開啟高壓水泵(或高壓氣源)，水壓穩(wěn)定在30～20兆帕中任意值，將高溫銅液倒入漏包開始霧化，漏孔尺寸為Φ4～Φ10視銅液溫度而定，爐溫高則選擇較小的漏嘴，爐溫低則選擇較大尺寸漏嘴，水壓的高低將直接影響霧化銅粉的粒度，細(xì)的霧化銅粉氧化較快但透氣性較差，粗的霧化銅粉氧化慢但透氣性好。霧化后通過脫水干燥即獲得一般的水(氣)霧化銅粉。
2、燒結(jié)氧化氧化氣氛可以是空氣，也可以是其它氧化性氣氛如富氧空氣或純氧，氧化氣氛以空氣較為經(jīng)濟(jì)，空氣流量以尾氣中含氧10％～15％為合適，流量過大能耗增加，流量過小則氧化速度變慢，同樣增加能耗且降低設(shè)備生產(chǎn)能力，溫度必須在600～700℃，因?yàn)殂~粉在500℃以下不容易燒結(jié)。溫度偏低氧化速度較慢，溫度過高則增加設(shè)備負(fù)荷。霧化銅粉較細(xì)時(shí)可采用較低的燒結(jié)溫度，霧化銅粉較粗時(shí)可采用較高的燒結(jié)溫度。銅的燒結(jié)氧化時(shí)間在15～20分鐘時(shí)速度最快，此后隨著時(shí)間延長(zhǎng)氧化速度快速下降，此時(shí)銅的氧化物以氧化亞銅為主，氧化物中含量為8～12％，在銅的燒結(jié)氧化過程中，與氧化氣氛接觸面先氧化而燒結(jié)成塊導(dǎo)致透氣性下降，影響下層粉末氧化，因此鋪料不宜過厚，一般以1～5mm為宜，粉末粒度偏細(xì)或燒結(jié)溫度偏高時(shí)宜降低鋪料厚度，燒結(jié)氧化爐從進(jìn)料端到出料端設(shè)定溫度宜逐步增加，燒結(jié)效果較好，由于燒結(jié)時(shí)銅粉易與燒舟或鋼帶燒結(jié)成一體，因此在鋪料前宜先鋪墊一層隔離物如紙張或刷一層油等，燒結(jié)氧化為本工藝的關(guān)鍵工藝，是獲得低成本向強(qiáng)粉的關(guān)鍵。
3、氧化塊的破碎金屬銅屬于延展性良好的金屬，不易破壞，而銅的氧化物則屬于脆性物質(zhì)，因此在燒結(jié)時(shí)鋪料不宜過厚，粒度不宜過粗以盡量減少燒結(jié)塊中金屬銅的比例，破碎采用高速格壓式破碎機(jī)為主，破碎后的粉末宜盡快脫離破碎機(jī)，否則殘余金屬銅易擠壓成塊而損壞設(shè)備，殘余金屬銅與銅氧化物比重差別較大，可通過風(fēng)力分析機(jī)分離。
4、風(fēng)力分級(jí)在風(fēng)力分級(jí)時(shí)可通過調(diào)節(jié)風(fēng)力大小控制氧化物的粒度和殘銅分離度，從而控制最終產(chǎn)品的粒度與松裝密度、生坯強(qiáng)度等指標(biāo)。粉末越細(xì)則松裝密度越低，生坯強(qiáng)度越高，流動(dòng)性越差。
5、銅氧化物的還原還原氣氛可采用分解氨或純氫。采用純氫時(shí)還原較徹底，產(chǎn)品抗氧化性能強(qiáng)但還原成本較高，故一般采用分解氨較合適，還原溫度為300℃，在250℃左右還原時(shí)銅粉還原速度較慢但幾乎沒有還原燒結(jié)現(xiàn)象，粒度不會(huì)變粗，松裝密度較大而流動(dòng)性較好。隨著還原溫度的增加，還原速度加快，同時(shí)還原銅粉出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象，需要進(jìn)行破碎，由于此銅粉不規(guī)則銅氧化物還原而來，顯微形狀為不規(guī)則海綿體。
6、還原銅粉的破碎剛還原出來的純銅粉延展很好而強(qiáng)度較低，選擇破碎機(jī)時(shí)應(yīng)選擇打擊力較小的破碎機(jī)，破碎后應(yīng)立即進(jìn)行分級(jí)，避免細(xì)粉的多次破碎，因?yàn)榧?xì)粉經(jīng)多次破碎后松裝密度增加較大，但流動(dòng)性有顯著改善。7、抗氧化處理及合批包裝由于此高強(qiáng)銅粉比表面積大，比同松裝密度電解銅粉高20％以上，活性較好，容易氧故需要添加抗氧化劑進(jìn)行純化處理。抗氧化劑宜選擇揮發(fā)點(diǎn)低(低于一般制品的燒結(jié)強(qiáng)度)且添加量宜控制在0.01％左右，否則將影響粉末冶金制品的燒結(jié)性能。由于還原銅粉破碎時(shí)通過多次篩分分級(jí)，產(chǎn)品必須經(jīng)過合批方能包裝，經(jīng)過抗氧化處理后的高強(qiáng)銅粉不必真空包裝，可自然存放6個(gè)月以上，而含氧量不超標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種氧化還原高強(qiáng)度銅粉的制造方法，其特征在于依次包括如下工藝步驟a、將電解銅霧化為霧化銅粉，b、將霧化銅粉在高于500℃的氧化氣氛下燒結(jié)成塊，c、將上述燒結(jié)塊在高速破碎機(jī)中破碎，并將金屬銅與銅氧化物剝離，d、將破碎物進(jìn)行風(fēng)力分級(jí)，將金屬銅與銅氧化物分離，e、將分離后的氧化粉未于250℃以上還原金屬銅粉，此銅粉為海綿狀結(jié)構(gòu)，f、將還原后的銅粉破碎并經(jīng)風(fēng)力分級(jí)或篩分至標(biāo)準(zhǔn)粒度，g、將后的粉未進(jìn)行抗處理并合批包裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化還原高強(qiáng)度銅粉的制造方法，其特征在于，氧化氣氛可以是空氣、高氧空氣和純氧，空氣流量以尾氣中含氧10％～15％，燒結(jié)溫度為600-700℃，鋪料厚度1-5mm，在鋪料前先鋪墊一層隔離物。
全文摘要
一種氧化還原高強(qiáng)度銅粉的制造方法,其特點(diǎn)是,將電解銅霧化為銅粉,并在高于500℃的氧化氣氛下燒結(jié)成塊,然后高速破碎,并將金屬銅與銅氧化物剝離,將破碎物進(jìn)行風(fēng)力分級(jí),再將金屬銅與氧化物分離,分離后的氧化粉末于250℃以上還原為金屬銅粉,再將銅粉破碎、分級(jí)、抗氧化處理、合批包裝。本發(fā)明投資小,成本低,生產(chǎn)周期短。
文檔編號(hào)B22F9/00GK1324703SQ0011344
公開日2001年12月5日 申請(qǐng)日期2000年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月19日
發(fā)明者李春雨, 朱慧聰, 張一清, 周夏華, 吳明夏, 楊坤明 申請(qǐng)人:湖南正虹飼料股份有限公司