一種氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷納米復(fù)合粉末的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷納米復(fù)合粉末的制備方法，屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵鈷基軟磁合金具有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和較高的居里溫度，在高溫下有著廣泛應(yīng)用，如作為推進(jìn)引擎磁軸承中的轉(zhuǎn)子等。純鐵鈷合金由于力學(xué)性能較低，抗蠕變能力較差，難以直接在高溫下使用。現(xiàn)有的解決辦法之一是在鐵鈷合金中添加少量超細(xì)的氧化物粒子來細(xì)化其晶粒以提高其力學(xué)性能。同時，超細(xì)氧化物的引入能在高溫下阻止位錯滑移和晶界擴(kuò)散，從而使鐵鈷合金的高溫抗蠕變性能得到提升。此外，當(dāng)添加的氧化物粒子足夠細(xì)小時(〈lOOnm)，氧化物粒子容易跟鐵鈷基體形成共格或者半共格界面，使最后得到的鐵鈷合金磁性能降低較少。因此制備含有超細(xì)彌散均勻分布氧化物強(qiáng)化相的鐵鈷合金材料是拓展其在高溫下應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷合金復(fù)合材料主要通過粉末冶金方法制備，而獲得高性能粉末冶金材料的第一步是獲得高性能的原料粉末?，F(xiàn)有鐵鈷納米復(fù)合粉末的制備方法主要有高能球磨法、化學(xué)反應(yīng)球磨法和電化學(xué)沉積法。雖然這些方法均能成功制備鐵鈷納米復(fù)合粉末，但是這些方法都有其缺陷:高能球磨法和化學(xué)反應(yīng)球磨法耗時耗能、容易引入雜質(zhì)并難以大規(guī)模生產(chǎn)，同時由于球磨過程中能量較高，需要非常嚴(yán)格的工藝才能獲得含有超細(xì)彌散均勻分布氧化物強(qiáng)化相的鐵鈷納米復(fù)合粉末；電化學(xué)沉積法耗時較低，但粉末的成分難以精確控制，過程操作復(fù)雜，生產(chǎn)難度較高。因此有必要引入一種高效、易操作的方法制備高性能鐵鈷納米復(fù)合粉末。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷納米復(fù)合粉末的制備方法，旨在高效制備出含有超細(xì)彌散均勻分布氧化物強(qiáng)化相的鐵鈷合金粉末。
[0005]本發(fā)明首先制備氧化物前驅(qū)體粉末(包含鐵、鈷氧化物以及作為彌散相的氧化鋁或氧化釔)，接著將前驅(qū)體粉末在氫氣或分解氨氣氛中進(jìn)行選擇性還原，鐵鈷氧化物粉末在氫氣中還原為鐵鈷固溶體基體，而作為彌散相的氧化鋁或氧化釔由于化學(xué)穩(wěn)定性較高不能被還原而得到保留并均勻分布在鐵鈷基體之中，最后得到含有超細(xì)彌散均勻分布氧化物強(qiáng)化相的鐵鈷納米復(fù)合粉末。制備工藝如圖1所示，具體步驟如下:
[0006]I)納米前驅(qū)體粉末的制備:將硝酸鐵、硝酸鈷、彌散相硝酸鹽、還原劑和絡(luò)合劑按照一定比例溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到含有納米鐵鈷氧化物和彌散相氧化物的前驅(qū)體粉末。
[0007]2)選擇性還原:將得到的前驅(qū)體粉末在氫氣或分解氨氣氛中還原，還原溫度為300?900°C，還原時間為I?3小時，得到含有超細(xì)彌散均勻分布氧化物強(qiáng)化相的鐵鈷納米復(fù)合粉末，其透射電鏡形貌如圖2a所示，為典型的納米晶結(jié)構(gòu)，對圖2a所示圓圈部分進(jìn)行能譜分析結(jié)果如圖2b所示，由圖可見在10nm的區(qū)域內(nèi)含有Fe、Co和Y元素，Y元素均勻分布在納米晶之中。
[0008]目標(biāo)鐵鈷納米復(fù)合粉末中各相的比例由原料中相應(yīng)硝酸鹽的比例決定，一般保證目標(biāo)復(fù)合粉末中氧化物彌散相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1_2%，鐵鈷固溶體基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9?98%，其中鐵鈷固溶體基體內(nèi)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)30?70%，鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70?30%。彌散相硝酸鹽為硝酸釔或硝酸鋁；還原劑為甘氨酸、尿素中至少一種，其與硝酸鐵的摩爾比為(0.05?3):1 ;絡(luò)合劑為葡萄糖、檸檬酸、四乙酸二氨基乙烷(EDTA)中至少一種，其與硝酸鐵的摩爾比為(0.1?1.5):1。
[0009]該方法具有以下優(yōu)點:
[0010]I)利用溶液中各原料之間的快速反應(yīng)，在十幾分鐘內(nèi)簡便快捷地制備出前驅(qū)體粉末；
[0011]2)在液相中可實現(xiàn)各成分在分子水平上的均勻混合，有利于復(fù)合粉末中固溶體基體鐵鈷元素以及彌散相的均勻分布；
[0012]3)前驅(qū)體活性高，可降低還原溫度，縮短反應(yīng)時間；
[0013]4)所制備的復(fù)合粉末純度高，彌散相顆粒細(xì)小，分布均勻，基體粉末粒徑小，分散性好，并且可以通過改變原料種類、配比、還原溫度和時間來調(diào)控彌散相顆粒以及基體粉末顆粒的大??；
[0014]5)原料易得，設(shè)備簡單，工藝流程短，效率高，成本低，適合規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，為高性能氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷納米復(fù)合粉末制備提供了新的思路。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖
[0016]圖2為Fe5ciC05c1-1wt.￥203%納米復(fù)合粉末的TEM形貌照片和相應(yīng)的點能譜分析
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明做各種改動或修改，這些等價同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0018]實施例1:Fe5(lCo5(|-lwt.Y203%納米復(fù)合粉末的制備
[0019]將硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸釔、甘氨酸和葡萄糖溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到納米氧化物前驅(qū)體粉末，其中硝酸鈷與硝酸鐵的摩爾比為0.95:1，硝酸釔與硝酸鐵的摩爾比為0.01:1，甘氨酸與硝酸鐵的摩爾比為2: 1，葡萄糖與硝酸鐵的摩爾比為0.3:1 ;將前驅(qū)體粉末在700°C下氫氣氣氛中還原2小時，得到氧化釔平均尺寸為1nm的Fe5ciCo5tl-1wt.Y2O3%納米復(fù)合粉末。
[0020]實施例2:Fe50Co50-2wt.Y2O3%納米復(fù)合粉末的制備
[0021]將硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸釔、甘氨酸和葡萄糖溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到納米氧化物前驅(qū)體粉末，其中硝酸鈷與硝酸鐵的摩爾比為0.95:1，硝酸釔與硝酸鐵的摩爾比為0.02:1，甘氨酸與硝酸鐵的摩爾比為2: 1，葡萄糖與硝酸鐵的摩爾比為0.3:1 ;將前驅(qū)體粉末在600°C下氫氣氣氛中還原2小時，得到氧化釔平均尺寸為15nm的Fe5(lCo5(l-2wt.Y203%納米復(fù)合粉末。
[0022]實施例3:Fe50Co50-lwt.Al2O3^納米復(fù)合粉末的制備
[0023]將硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鋁、甘氨酸和葡萄糖溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到納米氧化物前驅(qū)體粉末，其中硝酸鈷與硝酸鐵的摩爾比為0.95:1，硝酸鋁與硝酸鐵的摩爾比為0.02:1，甘氨酸與硝酸鐵的摩爾比為1.5: 1，葡萄糖與硝酸鐵的摩爾比為0.3:1 ;將前驅(qū)體粉末在900°C下氫氣氣氛中還原2小時，得到氧化鋁平均尺寸為30nm的Fe5ciCo5tl-1wt.A1203%納米復(fù)合粉末。
[0024]實施例4:Fe30Co70-2wt.A1203%納米復(fù)合粉末的制備
[0025]將硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸鋁、甘氨酸和EDTA溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到納米氧化物前驅(qū)體粉末，其中硝酸鈷與硝酸鐵的摩爾比為2.21: 1，硝酸鋁與硝酸鐵的摩爾比為0.07:1，甘氨酸與硝酸鐵的摩爾比為1:1, EDTA與硝酸鐵的摩爾比為1:1 ;將前驅(qū)體粉末在900°C下氫氣氣氛中還原2小時，得到氧化鋁平均粒徑為35nm的Fe3(lCo7Q-2wt.Al2O3 %納米復(fù)合粉末
[0026]實施例5:Fe70Co30-0.5wt.Y203%納米復(fù)合粉末的制備
[0027]將硝酸鐵、硝酸鈷、硝酸釔、甘氨酸和葡萄糖溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到納米氧化物前驅(qū)體粉末，其中硝酸鈷與硝酸鐵的摩爾比為
0.41:1，硝酸釔與硝酸鐵的摩爾比為0.0035:1，甘氨酸與硝酸鐵的摩爾比為0.5:1，葡萄糖與硝酸鐵的摩爾比為1:1 ;將前驅(qū)體粉末在400°c下分解氨氣氛中還原I小時，得到氧化釔平均尺寸為8nm的Fe7tlCo3tl-0.5wt.Y2O3%納米復(fù)合粉末。
【主權(quán)項】
1.一種氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷納米復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)納米前驅(qū)體粉末的制備:將硝酸鐵、硝酸鈷、彌散相硝酸鹽、還原劑和絡(luò)合劑按照一定比例溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到含鐵鈷氧化物和彌散相氧化物的前驅(qū)體粉末，其中還原劑與硝酸鐵的摩爾比為(0.05?3):1，絡(luò)合劑與硝酸鐵的摩爾比為(0.1?1.5):1 ; 2)選擇性還原:將得到的前驅(qū)體粉末在氫氣或分解氨氣氛中進(jìn)行選擇性還原，還原溫度為300?900°C，還原時間為I?3小時，得到含有超細(xì)彌散均勻分布氧化物強(qiáng)化相的鐵鈷納米復(fù)合粉末。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷納米復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于步驟I)中彌散相硝酸鹽為硝酸釔或硝酸鋁，還原劑為甘氨酸、尿素中至少一種，絡(luò)合劑為葡萄糖、檸檬酸和四乙酸二氨基乙烷(EDTA)中至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷納米復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于:目標(biāo)鐵鈷納米復(fù)合粉末中各相的比例由原料中相應(yīng)硝酸鹽的比例決定，一般保證目標(biāo)復(fù)合粉末中氧化物彌散相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1_2%，鐵鈷固溶體基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9?98%，其中固溶體基體內(nèi)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)30?70%，鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70?30%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷納米復(fù)合粉末的制備方法，屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域。具體步驟為：首先將硝酸鐵、硝酸鈷、彌散相硝酸鹽、還原劑和絡(luò)合劑按照一定比例溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應(yīng)，得到含有鐵鈷氧化物和彌散相氧化物的前驅(qū)體粉末；然后將得到的前驅(qū)體粉末在氫氣或分解氨氣氛中進(jìn)行選擇性還原，還原溫度為300～900℃，還原時間為1～3小時，得到含有超細(xì)彌散均勻分布氧化物彌散相的鐵鈷納米復(fù)合粉末。該方法制備的復(fù)合粉末純度高，粒徑小，粒度分布均勻，分散性好，產(chǎn)品性能穩(wěn)定；同時該方法原料易得，設(shè)備簡單，工藝簡短，能耗低，安全性好，效率高，可規(guī)模化生產(chǎn)，為高性能氧化物彌散強(qiáng)化鐵鈷納米復(fù)合粉末的制備提供了新的思路。
【IPC分類】B22F9/26, B82Y40/00
【公開號】CN104985194
【申請?zhí)枴緾N201510338991
【發(fā)明人】秦明禮, 劉燁, 黃敏, 王炫力, 曲選輝, 章林, 賈寶瑞, 陳鵬起, 張德智
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月17日