非晶納米合金復(fù)合粉末材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于粉末冶金制品加工的添加復(fù)合粉末及其制備方法，特別是一 種利用率高、成本低、擴(kuò)散系數(shù)高、擴(kuò)散距離長(zhǎng)的非晶納米合金復(fù)合粉末材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 粉末冶金制品，因其具有耗能少、切削少、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以在工程 機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、電動(dòng)工具、紡織、汽車等機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于國(guó)內(nèi)技術(shù) 所限，與歐美國(guó)家相比，在原材料、助劑的成型工藝中，仍然存在著一定差距。在許多高性能 粉末冶金制品中，原材料基本依賴進(jìn)口，并且國(guó)內(nèi)在金屬制粉領(lǐng)域，基本是最基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單還 原鐵粉、霧化鐵粉、合金粉等金屬粉末。目前，在粉末冶金制品生產(chǎn)工藝中，為了提高粉末冶 金制品的綜合物理性能，往往在粉末冶金的配比中添加一些附、(：〇、]\1〇、他、￥、稀土等貴重金 屬單質(zhì)或合金粉末。添加 Ni、Co、Mo、Nb、V、稀土等貴重金屬單質(zhì)或合金粉末的不足在于： 一是這些貴重金屬粉末價(jià)格昂貴，提高了粉末冶金制品的生產(chǎn)成本；二是這些貴重金屬粉 末在粉末冶金制品燒結(jié)溫度1100 °C-1300°C的范圍內(nèi)，擴(kuò)散系數(shù)低、擴(kuò)散距離較短，使擴(kuò)散 性能降低，往往會(huì)產(chǎn)生偏析沉積現(xiàn)象，從而降低金屬材料的綜合利用率，達(dá)不到充分發(fā)揮其 合金化的作用。經(jīng)過檢索，目前尚未見在粉末冶金制品中加入的非晶納米合金復(fù)合粉末材 料的報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種非晶納米合金復(fù)合粉末材料的制備方法，它是采用在 非晶基體上均勻分布著原位還原出來、具有特定粒度分布范圍的納米金屬顆粒和其他特殊 功能納米陶瓷材料形成的方法。
[0004] 該非晶納米合金復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于：它包括以下生產(chǎn)步驟制 成： (1)、制取金屬鹽類溶液：將稱取的含有Ni、Mo、La的金屬鹽類7. 45kgNi (NO3)2 ·6Η20 ; I. 38kg (NH4) 2Μ〇4013 · 2H20 ;L 56kgLa (NO3) 3 · 6Η20,放入盛水的容器中進(jìn)行溶解，邊加入、 邊攪拌，及時(shí)測(cè)量溶解濃度，溶解濃度達(dá)到〇. 75mol/L時(shí)，則停止加入，并加入0. 3%表面活 性劑，充分溶解，攪拌，即制得金屬鹽類溶液；所述的表面活性劑選擇PEG1000。
[0005] (2)、制取草酸溶液：按摩爾比稱取比貴重金屬離子過量5%的草酸2. 96kg，放入盛 有水的容器中溶解，制取濃度為〇. 4mol/L的草酸溶液。
[0006] (3)、制取草酸鹽前驅(qū)體沉淀物：將第（2)步驟中制得的草酸溶液，在攪拌狀態(tài)下 緩慢加入第（1)步驟中制得的金屬鹽類溶液中，并攪拌30min，得到懸濁液，再自然沉淀 30min后，進(jìn)行過濾、洗滌至PH中性，即制得草酸鹽前驅(qū)體沉淀物。
[0007] (4)、草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和原料中的納米氧化鋯以及還原鐵粉混合： 將第（3)步驟中制得的草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和平均粒徑為50nm的7kg納米氧化鋯， 在攪拌狀態(tài)下放入盛水的容器中，分散于水中，分散20min，再在15KHz頻率下超聲分散 30min，加入攪拌機(jī)中，進(jìn)行攪拌，攪拌速度60轉(zhuǎn)/分鐘；在攪拌狀態(tài)下再加入載體材料300 目的90. 8kg還原鐵粉，攪拌混合8min，使總固體物與水質(zhì)量比控制為1:1. 5。
[0008] (5)、再次沉淀并干燥：把450g聚丙烯酰胺預(yù)先溶解在50kg水中后，緩慢加入第 (4)步驟中，重新形成沉淀，并使草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和7kg納米氧化锫與300目的90. 8kg 還原鐵粉形成粘結(jié)性沉淀，攪拌20min后停止，自然沉降30min，壓濾脫水，150°C真空干 燥3. 5h，使水含量控制在1%以下；其中聚丙烯酰胺為沉淀劑，添加量為固液物質(zhì)總量的 0· 15%。
[0009] (6)、還原破碎制得非晶納米合金復(fù)合粉末材料成品：將第（5)中制得的干燥物質(zhì) 破碎至50目，裝入還原爐，在氮?dú)淠柋?:3的還原氣氛下，850°C還原2h ;再破碎至400 目，即為IOOkg非晶納米合金復(fù)合粉末材料成品。
[0010] 該非晶納米合金復(fù)合粉末材料的制備方法的基本原理是：在非晶基體上均勻分布 著原位還原出來的，具有特定粒度分布范圍的納米金屬顆粒，和其他特殊功能納米陶瓷材 料，形成的金屬納米陶瓷復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，加入粉末冶金制品中后，由于納米金屬顆粒其粒度 達(dá)到納米級(jí)，在納米金屬材料的納米效應(yīng)的作用下，納米金屬材料具有400-1000°C的燒結(jié) 溫度，同時(shí)具有高的擴(kuò)散速度和合金化活性，從而顯著提高Ni、Co、Mo、Nb、V、稀土等貴重金 屬材料的利用率。并且納米陶瓷顆粒--納米氧化物或納米氮化物的存在，一是可以在非 晶擴(kuò)散合金材料還原的過程中，分散和調(diào)節(jié)貴金屬材料在還原工藝中產(chǎn)生的顆粒粒度；二 是在粉末冶金制品燒結(jié)工序中，納米陶瓷材料沿鐵粉或者其他合金粉末的晶界彌散并與金 屬晶粒結(jié)合在一起，形成質(zhì)點(diǎn)彌散強(qiáng)化的作用，從而提高粉末冶金制品的物理性能。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于：與目前用于粉末冶金的合金粉末材料相比，不僅具有優(yōu) 異的物理性能，而且成本低；是一種全新的粉末冶金行業(yè)的納米合金復(fù)合材料。在粉末冶金 制品中，加入本發(fā)明，可提高粉末冶金的綜合物理性能，特別是優(yōu)異的物理性能，比在粉末 冶金的配比中直接添加附、(：〇、]/[0、他、￥、稀土等貴重金屬單質(zhì)或合金粉末相比,不僅降低了 粉末冶金制品的生產(chǎn)成本，而且能在粉末冶金制品燒結(jié)溫度1100 °C - 1300°C的范圍內(nèi)，擴(kuò) 散系數(shù)高、擴(kuò)散距離較長(zhǎng)，使擴(kuò)散性能提高，達(dá)到了提高粉末冶金制品的綜合物理性能的目 的。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 生產(chǎn)IOOkg非晶納米合金復(fù)合粉末材料。首先按需求配比稱取7. 45kgNi (NO3) 2 ·6Η20 ;1. 38kg (NH4) 2Μ〇4013 ·2Η20 ;1. 56kgLa (NO3) 3 ·6Η20 ;草酸 2. 96kg ;平均粒徑為 50nm 的7kg納米氧化锫；450g聚丙烯酰胺；粒度為300目的90. 8kg還原鐵粉。
[0013] 其生產(chǎn)步驟為： (1)、制取金屬鹽類溶液：將稱取的含有Ni、Mo、La的金屬鹽類7. 45kgNi (NO3)2 ·6Η20 ; I. 38kg (NH4) 2Μ〇4013 · 2H20 ;L 56kgLa (NO3) 3 · 6Η20,放入盛水的容器中進(jìn)行溶解，邊加入、 邊攪拌，及時(shí)測(cè)量溶解濃度，溶解濃度達(dá)到〇. 75mol/L時(shí)，則停止加入，并加入0. 3%表面活 性劑，充分溶解，攪拌，即制得金屬鹽類溶液；所述的表面活性劑選擇PEG1000。
[0014] (2)、制取草酸溶液：按摩爾比稱取比貴重金屬離子過量5%的草酸2. 96kg，放入盛 有水的容器中溶解，制取濃度為〇. 4mol/L的草酸溶液。
[0015] (3)、制取草酸鹽前驅(qū)體沉淀物：將第（2)步驟中制得的草酸溶液，在攪拌狀態(tài)下 緩慢加入第（1)步驟中制得的金屬鹽類溶液中，并攪拌30min，得到懸濁液，再自然沉淀 30min后，進(jìn)行過濾、洗滌至PH中性，即制得草酸鹽前驅(qū)體沉淀物。
[0016] (4)、草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和原料中的納米氧化鋯以及還原鐵粉混合： 將第（3)步驟中制得的草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和平均粒徑為50nm的7kg納米氧化鋯， 在攪拌狀態(tài)下放入盛水的容器中，分散于水中，分散20min，再在15KHz頻率下超聲分散 30min，加入攪拌機(jī)中，進(jìn)行攪拌，攪拌速度60轉(zhuǎn)/分鐘；在攪拌狀態(tài)下再加入載體材料300 目的90. 8kg還原鐵粉，攪拌混合8min，使總固體物與水質(zhì)量比控制為1:1. 5。
[0017] (5)、再次沉淀并干燥：把450g聚丙烯酰胺預(yù)先溶解在50kg水中后，緩慢加入第 (4)步驟中，重新形成沉淀，并使草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和7kg納米氧化锫與300目的90. 8kg 還原鐵粉形成粘結(jié)性沉淀，攪拌20min后停止，自然沉降30min，壓濾脫水，150°C真空干 燥3. 5h，使水含量控制在1%以下；其中聚丙烯酰胺為沉淀劑，添加量為固液物質(zhì)總量的 0· 15%。
[0018] (6)、還原破碎制得非晶納米合金復(fù)合粉末材料成品：將第（5)中制得的干燥物質(zhì) 破碎至50目，裝入還原爐，在氮?dú)淠柋?:3的還原氣氛下，850°C還原2h ;再破碎至400 目，即為IOOkg非晶納米合金復(fù)合粉末材料成品。
[0019] 該實(shí)施例生產(chǎn)出的非晶納米合金復(fù)合粉末材料的質(zhì)量，經(jīng)檢測(cè)，其技術(shù)指標(biāo)為：鎳 含量1. 47%，鑰含量0. 19%，氧化鑭含量0. 56%，貴重金屬總量為2. 22% ;納米氧化鋯含量7% ; 余量為鐵；鎳、鑰粒徑l〇〇〇nm。
[0020] 下面采用四種應(yīng)用方式進(jìn)行對(duì)比說明：
【主權(quán)項(xiàng)】
1.非晶納米合金復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于：它包括以下生產(chǎn)步驟制成： (1) 、制取金屬鹽類溶液：將稱取的含有Ni、Mo、La的金屬鹽類7. 45kgNi (N03) 2，61120 ; 1. 38kg (NH4) 2M〇4013 ? 2H20 ;1. 56kgLa (N03) 3 ? 6H20,放入盛水的容器中進(jìn)行溶解，邊加入、 邊攪拌，及時(shí)測(cè)量溶解濃度，溶解濃度達(dá)到〇. 75mol/L時(shí)，則停止加入，并加入0. 3%表面活 性劑，充分溶解，攪拌，即制得金屬鹽類溶液；所述的表面活性劑選擇PEG1000 ; (2) 、制取草酸溶液：按摩爾比稱取比貴重金屬離子過量5%的草酸2. 96kg，放入盛有水 的容器中溶解，制取濃度為〇. 4mol/L的草酸溶液； (3)、制取草酸鹽前驅(qū)體沉淀物：將第（2)步驟中制得的草酸溶液，在攪拌狀態(tài)下緩慢 加入第（1)步驟中制得的金屬鹽類溶液中，并攪拌30min，得到懸濁液，再自然沉淀30min 后，進(jìn)行過濾、洗滌至PH中性，即制得草酸鹽前驅(qū)體沉淀物； (4) 、草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和原料中的納米氧化鋯以及還原鐵粉混合： 將第（3)步驟中制得的草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和平均粒徑為50nm的7kg納米氧化鋯， 在攪拌狀態(tài)下放入盛水的容器中，分散于水中，分散20min，再在15KHz頻率下超聲分散 30min，加入攪拌機(jī)中，進(jìn)行攪拌，攪拌速度60轉(zhuǎn)/分鐘；在攪拌狀態(tài)下再加入載體材料300 目的90. 8kg還原鐵粉，攪拌混合8min，使總固體物與水質(zhì)量比控制為1:1. 5 ; (5) 、再次沉淀并干燥：把450g聚丙烯酰胺預(yù)先溶解在50kg水中后，緩慢加入第（4)步 驟中，重新形成沉淀，并使草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和7kg納米氧化锫與300目的90. 8kg還原 鐵粉形成粘結(jié)性沉淀，攪拌20min后停止，自然沉降30min，壓濾脫水，150°C真空干燥3. 5h， 使水含量控制在1%以下；其中聚丙烯酰胺為沉淀劑，添加量為固液物質(zhì)總量的〇. 15% ; (6) 、還原破碎制得非晶納米合金復(fù)合粉末材料成品：將第（5)中制得的干燥物質(zhì)破碎 至50目，裝入還原爐，在氮?dú)淠柋?:3的還原氣氛下，850°C還原2h;再破碎至400目，即 為100kg非晶納米合金復(fù)合粉末材料成品。
【專利摘要】本發(fā)明公開了非晶納米合金復(fù)合粉末材料的制備方法，其特征在于：它包括以下生產(chǎn)步驟制成：（1）、制取金屬鹽類溶液；（2）、制取草酸溶液；（3）、制取草酸鹽前驅(qū)體沉淀物；（4）、草酸鹽前驅(qū)體沉淀物和原料中的納米氧化鋯以及還原鐵粉混合；（5）、再次沉淀并干燥；（6）、還原破碎制得非晶納米合金復(fù)合粉末材料成品。在粉末冶金制品中，加入本發(fā)明，可提高粉末冶金的綜合物理性能，特別是優(yōu)異的物理性能，不僅降低了粉末冶金制品的生產(chǎn)成本，而且能在粉末冶金制品燒結(jié)溫度1100℃—1300℃的范圍內(nèi)，擴(kuò)散系數(shù)高、擴(kuò)散距離較長(zhǎng)，使擴(kuò)散性能提高，達(dá)到了提高粉末冶金制品的綜合物理性能的目的。
【IPC分類】B22F9-20, B82Y40-00
【公開號(hào)】CN104625083
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510116366
【發(fā)明人】曹子晗, 喬一品
【申請(qǐng)人】曹子晗
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日