一種超細鉻粉的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超細鉻粉的制備方法，包括以下步驟：1)挑選金屬鉻塊，去除邊皮、氧化膜和氮膜等；進行機械破碎；2)利用鉻的低溫脆性，將金屬鉻顆粒浸泡在液氮里，同時進行低溫振動研磨，時間2小時；3)將低溫液氮研磨后的金屬鉻粉進行低溫80℃干燥，進行篩分；4)將-400目的鉻粉置入高能球磨機進行球磨；5)將球磨后的粉末以自由落體的運動方式連續(xù)均勻地通過氫冷等離子區(qū)域加熱區(qū)和冷卻區(qū)，且于加熱區(qū)中同時完成脫氧和燒結(jié)，得到燒結(jié)粉末。本發(fā)明制得的金屬鉻產(chǎn)品純度為99～99.5％，含氧質(zhì)量百分比小于0.35％，顆粒形貌接近球形，粒徑均勻、同時該方法設備簡單，成本低，可方便地擴大并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種超細鉻粉的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超細鉻粉的制備方法，屬于金屬材料加工的【技術領域】。

【背景技術】
[0002]金屬鉻是最硬的金屬，通常的鉻都很脆，因為其中含有氫或微量的氧化物。高純的鉻卻并不脆，而是富有展性。由于鉻的硬度較大，在制備超細粒級的高純鉻粉過程中，遇到了顯著的問題，即很難滿足既保證純度又要保證粒度的要求，要不就是加工時間較長與加工成本較高。一般工業(yè)上獲得超細金屬粉的方法有:
[0003](I)氫還原法:這種方法一般用于生產(chǎn)高熔點金屬粉體，如鎢、鑰等，可以獲得ym級的粉體。
[0004](2)氫化-歧化-脫氫方法:該方法一般用于生產(chǎn)能夠吸氫的金屬的制粉，如鈦、鎂；
[0005](3)氣流粉碎法:該方法一般用于生產(chǎn)氧化物類粉體，如果要生產(chǎn)金屬粉體，一般使用氮氣保護的方式，生產(chǎn)的粉體可以達到y(tǒng)m級。
[0006](4)球磨法:該方法是一種較普遍的生產(chǎn)超細金屬粉體的方法，該方法生產(chǎn)效率低、容易引入金屬雜質(zhì)。
[0007](5)物理氣相法:該方法是一種新興的超細金屬粉的方法，粉體的粒徑可以達到10nm ?5 μ m0
[0008]鉻粉鉻粒的大小、形狀以及其他成分含量是影響噴涂、高溫合金、金剛石工具、鐵合金、焊料、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、電阻發(fā)熱合金、電觸頭等材料性能的主要因素。目前在噴涂、高溫合金、金剛石工具、鐵合金、焊料、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、電阻發(fā)熱合金、電觸頭等材料生產(chǎn)中使用的鉻粉是采用普通的機械粉碎法制造的，顆粒形狀不規(guī)則，粒度分布偏析度大，其他成分，特別是氧、氮含量高，從而造成了目的材料中氧氮含量偏高和微觀下合金各元素分布的不均勻。電解法制造的鉻粉，又因含氧量偏高與加工成本太高，而沒有在生產(chǎn)中普及使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的不足，而提供一種高效可行的、能滿足噴涂、高溫合金、金剛石工具、鐵合金、焊料、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金、電阻發(fā)熱金、電觸頭等材料生產(chǎn)用鉻粉的制備方法，并能實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術方案來完成的，一種超細鉻粉的制備方法，包括以下步驟:
[0011]I)挑選金屬鉻塊，去除表面邊皮、氧化膜和氮膜；然后利用帶循環(huán)水冷裝置的液壓粗碎機對鉻塊進行機械破碎，使其破碎成3mm以下的顆粒；
[0012]2)利用鉻的低溫脆性，將金屬鉻顆粒浸泡在液氮里，同時進行低溫振動研磨，該低溫振動研磨是利用納米Al2O3與ZrO2混合制得的高韌性陶瓷材料作成的振動磨筒體襯里和研磨體進行的，時間為3-5小時；
[0013]3)將低溫液氮研磨后的金屬鉻粉用乙醇洗滌三次，每次用量為500_600ml，然后使用帶有濾紙的真空系統(tǒng)進行過濾，接著在真空烘箱中，在80°C、真空度為94.5-96.5KPa下進行低溫干燥5小時，最后進行篩分，選出-400?-600目的鉻粉粉末；
[0014]4)將-400?-600目的鉻粉粉末置入高能球磨機進行球磨，球料比20: 1，研磨介質(zhì)為硬質(zhì)合金球，內(nèi)襯為氧化鋯材質(zhì)，在球磨過程中通入氬氣保護，氣體流量為10-15m3/h，轉(zhuǎn)速為450-550r/min，球磨時間為45-50小時；
[0015]5)將球磨后的粉末以自由落體的運動方式連續(xù)均勻地通過氫等離子區(qū)域加熱區(qū)和冷卻區(qū)，且于加熱區(qū)中同時完成脫氧和燒結(jié)，得到燒結(jié)粉末；進料方式為振動篩網(wǎng)進料，氫等離子的射流方向時從下向上，氫等離子的工作氣體為氫氣，氫氣是依次用硅膠進行一級除水，用分子篩進行二級除水，用105號催化劑除氧，再用分子篩進行三級除水，最終獲得所需要的純氫；保護氣氛為氬氣，燒結(jié)溫度1300-1350°C，燒結(jié)時間0.4s，冷卻方式為空冷；將燒結(jié)粉末采用空氣氣流分選出粒度約為5微米的粉末，即為最終的低氧的超細鉻粉。
[0016]優(yōu)選的是,步驟3)中所用的濾紙為沃特曼#50濾紙。
[0017]在上述任一方案中優(yōu)選的是,步驟4)中的高能球磨機的轉(zhuǎn)速為500r/min,球磨時間為48小時。
[0018]在上述任一方案中優(yōu)選的是，步驟5)中氫氣的流量為5_6m3/min。
[0019]在上述任一方案中優(yōu)選的是，步驟5)中105號催化劑的組成為87%的Fe2O3Ul %的KOH和12%的Cr2O3,其中％為質(zhì)量比。
[0020]在上述任一方案中優(yōu)選的是，最終制得的金屬鉻粉產(chǎn)品純度為99?99.5%，含氧質(zhì)量百分比小于0.35%。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
[0022]1.本發(fā)明制得的金屬鉻粉產(chǎn)品純度為99?99.5%，含氧質(zhì)量百分比小于0.35%,呈脆性；最終金屬鉻粉為5微米，達到超細級別，所得最終產(chǎn)品可廣泛應用于相關領域。
[0023]2.該方法制得的超細金屬鉻粉粒徑均勻、純度高、高彌散、抗氧化，同時該方法設備簡單，成本低，可方便地擴大并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0024]3.金屬鉻粉質(zhì)量穩(wěn)定、粒度分布范圍可控可調(diào)、粒度形狀呈球型；本發(fā)明的鉻粉制備技術不會增加鉻粉的氧、氮與其他雜質(zhì)的含量。
[0025]4.本發(fā)明采用的粉碎工藝，在粉碎過程中不會增加0、N、Al、S1、S、P等雜質(zhì)；使用本發(fā)明的金屬鉻粉制備技術制備的金屬鉻粉，比用粉末冶金工藝，如燒結(jié)活熔滲工藝，生產(chǎn)出來的觸頭具有電導率高、組織均勻、抗熔焊和抗電弧燒蝕能力強等優(yōu)點。
[0026]5.采用本發(fā)明制備的超細金屬鉻粉形成的涂層，具有結(jié)合力大，涂層厚度均勻、晶粒細小、致密、表面光滑以及具有更好的耐蝕性等優(yōu)點；且本發(fā)明的超細金屬鉻粉具有較高的結(jié)晶度和較好的燒結(jié)性能。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0028]實施例1
[0029]超細鉻粉的制備方法，包括以下步驟:
[0030]I)挑選金屬鉻塊，去除表面邊皮、氧化膜和氮膜；然后利用帶循環(huán)水冷裝置的液壓粗碎機對鉻塊進行機械破碎，使其破碎成3mm以下的顆粒；
[0031]2)利用鉻的低溫脆性，將金屬鉻顆粒浸泡在液氮里，同時進行低溫振動研磨，該低溫振動研磨是利用納米Al2O3與ZrO2混合制得的高韌性陶瓷材料作成的振動磨筒體襯里和研磨體進行的，時間為3小時；
[0032]3)將低溫液氮研磨后的金屬鉻粉用乙醇洗滌三次，每次用量為600ml，然后使用帶有沃特曼#50濾紙的真空系統(tǒng)進行過濾，接著在真空烘箱中，在80°C、真空度為94.5KPa下進行低溫干燥5小時，最后進行篩分，選出-600目的鉻粉粉末；
[0033]4)將-600目的鉻粉粉末置入高能球磨機進行球磨，球料比20: 1，研磨介質(zhì)為硬質(zhì)合金球，內(nèi)襯為氧化鋯材質(zhì)，在球磨過程中通入氬氣保護，氣體流量為10m3/h，轉(zhuǎn)速為450-550r/min，球磨時間為45-50小時；
[0034]5)將球磨后的粉末以自由落體的運動方式連續(xù)均勻地通過氫等離子區(qū)域加熱區(qū)和冷卻區(qū)，且于加熱區(qū)中同時完成脫氧和燒結(jié)，得到燒結(jié)粉末；進料方式為振動篩網(wǎng)進料，氫等離子的射流方向時從下向上，氫等離子的工作氣體為氫氣，氫氣的流量為5m3/min ;氫氣是依次用硅膠進行一級除水，用分子篩進行二級除水，用105號催化劑除氧，再用分子篩進行三級除水，最終獲得所需要的純氫；保護氣氛為氬氣，燒結(jié)溫度1300°C，燒結(jié)時間
0.4s，冷卻方式為空冷；將燒結(jié)粉末采用空氣氣流分選出粒度約為5微米的粉末，即為最終的低氧的超細鉻粉。金屬鉻粉產(chǎn)品純度為99?99.5%，含氧質(zhì)量百分比小于0.35%。
[0035]其中，步驟5)中105號催化劑的組成為87%的Fe2O3Ul %的KOH和12%的Cr2O3,其中％為質(zhì)量比。
[0036]實施例2
[0037]超細鉻粉的制備方法，包括以下步驟:
[0038]I)挑選金屬鉻塊，去除表面邊皮、氧化膜和氮膜；然后利用帶循環(huán)水冷裝置的液壓粗碎機對鉻塊進行機械破碎，使其破碎成3mm以下的顆粒；
[0039]2)利用鉻的低溫脆性，將金屬鉻顆粒浸泡在液氮里，同時進行低溫振動研磨，該低溫振動研磨是利用納米Al2O3與ZrO2混合制得的高韌性陶瓷材料作成的振動磨筒體襯里和研磨體進行的，時間為5小時；
[0040]3)將低溫液氮研磨后的金屬鉻粉用乙醇洗滌三次，每次用量為500ml，然后使用帶有沃特曼#50濾紙的真空系統(tǒng)進行過濾，接著在真空烘箱中，在80°C、真空度為96.5KPa下進行低溫干燥5小時，最后進行篩分，選出-400目的鉻粉粉末；
[0041]4)將-400目的鉻粉粉末置入高能球磨機進行球磨，球料比20: 1，研磨介質(zhì)為硬質(zhì)合金球，內(nèi)襯為氧化鋯材質(zhì)，在球磨過程中通入氬氣保護，氣體流量為15m3/h，轉(zhuǎn)速為500r/min,球磨時間為48小時；
[0042]5)將球磨后的粉末以自由落體的運動方式連續(xù)均勻地通過氫等離子區(qū)域加熱區(qū)和冷卻區(qū)，且于加熱區(qū)中同時完成脫氧和燒結(jié)，得到燒結(jié)粉末；進料方式為振動篩網(wǎng)進料，氫等離子的射流方向時從下向上，氫等離子的工作氣體為氫氣，氫氣的流量為6m3/min ;氫氣是依次用硅膠進行一級除水，用分子篩進行二級除水，用105號催化劑除氧，再用分子篩進行三級除水，最終獲得所需要的純氫；保護氣氛為氬氣，燒結(jié)溫度1350°C，燒結(jié)時間
0.4s，冷卻方式為空冷；將燒結(jié)粉末采用空氣氣流分選出粒度約為5微米的粉末，即為最終的低氧的超細鉻粉。金屬鉻粉產(chǎn)品純度為99~99.5%，含氧質(zhì)量百分比小于0.35%。
[0043]其中，步驟5)中105號催化劑的組成為87%的Fe2O3Ul %的KOH和12%的Cr2O3,其中％為質(zhì)量比。
[0044]在上述實施例中，振動磨筒體襯里和研磨體是通過下列方式制備的:
[0045]1、單斜相純氧化鋯為原料，純度99.5-99.8%,粒度0.7~0.8 μ m。
[0046]2、添加增韌劑納米氧化招5% wt、氧化乾0.6% wt、氧化鎂1% wt、氧化?丐0.8%wt，增韌劑原料純度分別為98.5%,98.1%,98.3%,98.5%0
[0047]3、振動磨筒體襯里及研磨體規(guī)格參照筒體型號規(guī)格預制模坯，筒體筒體襯里規(guī)格厚度為55-65mm ;柱體規(guī)格直徑30_35mm，長度為250_260mm。
[0048]4、高韌性陶瓷筒體襯里及研磨體的坯體燒結(jié)溫度1750°C。
[0049]5、將制備的高韌性陶瓷筒體襯里鑲嵌于振動磨筒體中，放置入高韌性陶瓷柱體420-430 件。
[0050]6、粉碎物料時，在粉碎前于筒體內(nèi)噴入冷卻劑液氮，噴入量為被粉碎破壁物料重量的0.1-0.15倍。
[0051]對比例I
[0052]采用等離子噴涂的方法將球磨法制備的24.60 μ m的普通金屬鉻粉(純度大于89.6% )噴涂在碳鋼基體表面，制備表面防腐涂層；然后通過表面觀察、SEM觀察、鹽水腐蝕等方式檢測涂層性能，結(jié)果參見表1。
[0053]對比例2
[0054]采用等離子噴涂的方法將球磨法制備的5.32μπι的普通金屬鉻粉(純度大于89.8% )噴涂在碳鋼基體表面，制備表面防腐涂層；然后通過表面觀察、SEM觀察、鹽水腐蝕等方式檢測涂層性能，結(jié)果參見表1。
[0055]表1
[0056]

【權利要求】
1.一種超細鉻粉的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)挑選金屬鉻塊，去除表面邊皮、氧化膜和氮膜；然后利用帶循環(huán)水冷裝置的液壓粗碎機對鉻塊進行機械破碎，使其破碎成3mm以下的顆粒； 2)利用鉻的低溫脆性，將金屬鉻顆粒浸泡在液氮里，同時進行低溫振動研磨，該低溫振動研磨是利用納米Al2O3與ZrO2混合制得的高韌性陶瓷材料作成的振動磨筒體襯里和研磨體進行的，時間為3-5小時； 3)將低溫液氮研磨后的金屬鉻粉用乙醇洗滌三次，每次用量為500-600ml，然后使用帶有濾紙的真空系統(tǒng)進行過濾，接著在真空烘箱中，在80°C、真空度為94.5-96.5KPa下進行低溫干燥5小時,最后進行篩分,選出-400?-600目的鉻粉粉末； 4)將-400?-600目的鉻粉粉末置入高能球磨機進行球磨，球料比20: 1，研磨介質(zhì)為硬質(zhì)合金球，內(nèi)襯為氧化鋯材質(zhì)，在球磨過程中通入氬氣保護，氣體流量為10-15m3/h，轉(zhuǎn)速為450-550r/min，球磨時間為45-50小時； 5)將球磨后的粉末以自由落體的運動方式連續(xù)均勻地通過氫等離子區(qū)域加熱區(qū)和冷卻區(qū)，且于加熱區(qū)中同時完成脫氧和燒結(jié)，得到燒結(jié)粉末；進料方式為振動篩網(wǎng)進料，氫等離子的射流方向時從下向上，氫等離子的工作氣體為氫氣，氫氣是依次用硅膠進行一級除水，用分子篩進行二級除水，用105號催化劑除氧，再用分子篩進行三級除水，最終獲得所需要的純氫；保護氣氛為氬氣，燒結(jié)溫度1300-1350°C，燒結(jié)時間0.4s，冷卻方式為空冷；將燒結(jié)粉末采用空氣氣流分選出粒度約為5微米的粉末，即為最終的低氧的超細鉻粉。
2.根據(jù)權利要求1所述的超細鉻粉的制備方法，其特征在于步驟3)中所用的濾紙為沃特曼#50濾紙。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的超細鉻粉的制備方法，其特征在于步驟4)中的高能球磨機的轉(zhuǎn)速為500r/min,球磨時間為48小時。
4.根據(jù)權利要求3所述的超細鉻粉的制備方法，其特征在于步驟5)中氫氣的流量為5-6m3/min0
5.根據(jù)權利要求4所述的超細鉻粉的制備方法，其特征在于步驟5)中105號催化劑的組成為87 %的Fe203、11 %的KOH和12 %的Cr2O3，其中％為質(zhì)量比。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的超細鉻粉的制備方法，其特征在于最終制得的金屬鉻粉產(chǎn)品純度為99?99.5%，含氧質(zhì)量百分比小于0.35%。
【文檔編號】B22F9/04GK104070171SQ201410258560
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權日:2014年6月12日
【發(fā)明者】楊平, 郭創(chuàng)立, 聶志林, 陳梅 申請人:陜西斯瑞工業(yè)有限責任公司