复合共沉积—共烧结制备超细合金粉末的方法

摘要

本发明提供了一种复合共沉积—共烧结制备超细合金粉末的方法，所述的制备方法为：将金属粉末、可溶性金属盐、十二烷基磺酸钠、硼酸加入水中，搅拌均匀后得到混合溶液，所得混合溶液在温度35～70℃、电流1～10A/dm

说明书

(一)技术领域

本发明属于金属合金粉末制备技术领域，特别涉及一种复合沉积-共烧结法制备超细合金粉末的方法。

(二)背景技术

Ni、Ti、Al、Cr等粉末及其合金粉末，如：Ni-Ti、Ni-Al、Ni-Cr、、Fe-Ni-Al等，被广泛应用于粉末冶金各行各业。雾化法是制备合金粉末的常用方法，其优点是可以通过熔炼合成各种成分的合金粉末，但是雾化法制备的合金粉末烧结性能不是很好。金属共沉积法也是制备合金粉末前驱体的一种方法，但是金属共沉积法只能制备有稳定金属盐溶液的金属粉末。对于金属盐水溶液不能稳定存在的金属，如Al、Ti等，则不能直接采用金属共沉积的方法获取金属合金粉末前驱体。

(三)发明内容

复合共沉积法是一种新型的电沉积技术，通过共沉积金属颗粒获取金属合金粉末的前驱体。本发明提出了一种新型的复合共沉积—共烧结法制备Ni-Ti、Ni-Al、Ni-Cr、Fe-Ni-Al等合金金属粉末的方法，所制得的合金粉末纯度高、粒度可控、分布均匀、成分可控，可在喷涂、粉末冶金烧结制品等领域广泛应用，适用于工业化生产。

本发明首先通过液相复合共沉积制备各种合金成分的前驱体粉末，前驱体粉末经煅烧得到成分均匀的金属复合粉末，再将金属复合粉末经高能球磨获取超细合金粉末。

本发明采用如下技术方案：

一种复合共沉积—共烧结制备超细合金粉末的方法，所述的制备方法包括如下步骤：

(1)复合共沉积制备前驱体粉末

将金属粉末、可溶性金属盐、十二烷基磺酸钠、硼酸加入水中，搅拌均匀后得到混合溶液，所得混合溶液在温度35～70℃、电流1～10A/dm²、pH值4～8的条件下，进行电沉积0.5～5h，之后收集沉积物，经洗涤、干燥得到前驱体粉末；

步骤(1)中，所述的金属粉末选自粒度范围为200～10000目的Ti粉、Al粉、Cr粉中的至少一种，所述的可溶性金属盐选自Fe、Ni的硫酸盐、硫酸铵盐、氯化物中的至少一种；需要说明的是，所述金属粉末与可溶性金属盐的投料比例可以为任意值，具体也可以根据实际所需的合金粉末产品的成分组成比例进行换算；

优选的，所述的金属粉末与可溶性金属盐的投料组合选自下列之一：

(a)金属粉末为Ti粉，可溶性金属盐为六水硫酸镍、氯化镍(最终制得产品为Ni-Ti合金粉末)；

(b)金属粉末为Al粉，可溶性金属盐为硫酸铵镍、氯化镍(最终制得产品为Ni-Al合金粉末)；

(c)金属粉末为Cr粉，可溶性金属盐为硫酸铵镍、氯化镍(最终制得产品为Ni-Cr合金粉末)；

(d)金属粉末为Ti粉，可溶性金属盐为六水硫酸镍、氯化镍、七水硫酸亚铁(最终制得产品为Ni-Fe-Ti合金粉末)；

(e)金属粉末为Al粉，可溶性金属盐为硫酸铵镍、氯化镍、七水硫酸亚铁(最终制得产品为Ni-Fe-Al合金粉末)；

(f)金属粉末为Cr粉，可溶性金属盐为硫酸铵镍、氯化镍、七水硫酸亚铁(最终制得产品为Ni-Fe-Cr合金粉末)；

所述十二烷基磺酸钠、硼酸与金属粉末的投料质量比为0.01～0.3：0.5～15：1；

所述混合溶液中，可溶性金属盐所含的Fe离子和/或Ni离子的初始浓度为0.5～15mol/L；

所述的水优选为去离子水；

所述搅拌的速率为100～500r/min，搅拌时间为2.5～10h；

所述电沉积的阴、阳极均为高纯镍板；

所述沉积物的收集方法为：在电沉积结束后，通过刮取阴极疏松表面收集；收集得到的沉积物经去离子水洗涤、真空烘干，即得所述的前驱体粉末；

(2)煅烧制备合金粉末

将步骤(1)得到的前驱体粉末置于真空或惰性气体保护的烧结炉内，升温至500～1200℃(优选600～1000℃)保温煅烧1～6h，既得所述的合金粉末；

步骤(2)中，所述升温的速率为1～3℃/min。

进一步，当步骤(2)得到的合金粉末的平均粒度为2～10μm时，即为本发明所述的超细合金粉末；而当步骤(1)所得前驱体粉末颗粒超过400目时，步骤(2)得到的合金粉末也会比较粗，可通过高能球磨获取平均粒度在2～10μm的超细合金粉末，一般控制球料质量比为10：1、转速为150～300r/min、球磨时间为8～20h。

本发明的优点在于：

(1)本发明从生产技术上提供了一种可大规模生产合金粉末的新技术；

(2)工艺、设备简单，成本低；

(3)适用于任意成分配比合金粉末生产；

(4)生产的合金粉末粒度细，粒度分布均匀，纯度高；

(5)生产的合金粉末粒度可控；

(6)适用于金属离子水溶液难稳定存在的金属合金粉末。

(四)附图说明

图1是实施例1制得的Ni-Ti合金粉末的扫描电镜照片；

图2是实施例2包覆Ti粉的复合共沉积前驱体粉末的背散射扫描电镜照片；

图3是实施例2制得的比较粗的Ni-Ti合金粉末的XRD图谱；

图4是实施例3制得的Ni-Al合金粉末的扫描电镜照片；

图5是实施例5制得的Ni-Fe-Al合金粉末的扫描电镜照片。

(五)具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

以六水硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)、氯化镍(NiCl₂)、十二烷基磺酸钠、硼酸(H₃BO₃)及Ti粉为原料，制备超细Ni70-Ti30合金粉末，按如下步骤完成：

1.将NiSO₄·6H₂O>2>2，阴、阳极都为高纯镍板，pH值为6，复合共沉积时间为2h，可获取Ni70-Ti30的复合共沉积粉末前驱体。

2.复合共沉积前驱体经刮取阴极疏松表面获取，采用去离子水抽滤洗涤4次，并经过80℃真空烘干，移入真空烧结炉内，以2℃/min的升温速率升至900℃，保温煅烧3h，使Ni、Ti之间充分扩散，获取超细的Ni-Ti合金粉末，其扫描电镜照片如图1所示。

3.出炉后产品立即以每kg粉末喷入12ml丙酮-油酸(体积比5：1)混合液并真空封装，防止氧化自燃。

实施例2

以六水硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)、氯化镍(NiCl₂)、十二烷基磺酸钠、硼酸(H₃BO₃)及Ti粉为原料，制备超细Ni70-Ti30合金粉末，按如下步骤完成：

1.将NiSO₄·6H₂O>2>2，阴、阳极都为高纯镍板，pH值为6，复合共沉积时间为2h，可获取Ni70-Ti30的复合共沉积粉末前驱体。图2为包覆Ti粉的复合共沉积前驱体粉末背散射照片。

2.复合共沉积前驱体经刮取阴极疏松表面获取，采用去离子水抽滤洗涤4次，并经过80℃真空烘干，移入真空烧结炉内，以2℃/min的升温速率升至950℃，保温煅烧5h，使Ni、Ti之间充分扩散，获取比较粗的Ni-Ti合金粉末，XRD图谱如图3所示。

3.可通过高能球磨，控制球料比10：1、转速150r/min和球磨时间16小时获取平均粒度在2-5μm的Ni-Ti合金粉末。

4.球磨后的产品经分离，并快速真空包装。

实施例3

以硫酸铵镍(Ni(NH₂SO₃)、氯化镍(NiCl₂)、硼酸(H₃BO₃)、十二烷基磺酸钠、Al粉为原料制备Ni85-Al15合金粉末，按如下步骤完成：

1.将Ni(NH₂SO₃)300g、NiCl₂>2，阴、阳极都为高纯镍板，pH值为5，复合共沉积时间为2h，可获取Ni85-Al15的复合共沉积粉末前驱体。

2.复合共沉积前驱体经刮取阴极疏松表面获取，采用去离子水抽滤洗涤4次，并经过80℃真空烘干，移入真空烧结炉内，以1℃/min的升温速率升至550℃，保温煅烧3h，使Ni、Al之间充分扩散，获取超细的Ni-Al合金粉末，其扫描电镜图谱如图4所示。

3.出炉后产品立即以每kg粉末喷入12ml丙酮-油酸(体积比5：1)混合液并真空封装，防止氧化自燃。

实施例4

以六水硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)、氯化镍(NiCl₂)、十二烷基磺酸钠、硼酸(H₃BO₃)及Cr粉为原料，制备超细Ni80-Cr20合金粉末，按如下步骤完成：

1.将NiSO4·6H₂O>2>2，阴、阳极都为高纯镍板，pH值为6，复合共沉积时间为1.5h，可获取Ni80-Cr20的复合共沉积粉末前驱体。

2.复合共沉积前驱体经刮取阴极疏松表面获取，采用去离子水抽滤洗涤4次，并经过80℃真空烘干，移入真空烧结炉内，以2℃/min的升温速率升至1100℃，保温煅烧5h，使Ni、Cr之间充分扩散，获取比较粗的Ni-Cr合金粉末。

3.可通过高能球磨，控制球料比10：1、转速200r/min和球磨时间16小时获取平均粒度在2-5μm的Ni-Cr合金粉末。

4.球磨后的产品经分离，并快速真空包装。

实施例5

以六水硫酸镍(NiSO4·6H₂O)、氯化镍(NiCl₂)、七水硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)、十二烷基磺酸钠、硼酸(H₃BO₃)及Cr粉为原料，制备超细Ni60-Fe25-Al15合金粉末，按如下步骤完成：

1.NiSO₄·6H₂O>2>4·7H₂O>2，阴、阳极都为高纯镍板，pH值为5，复合共沉积时间为1.5h，可获取Ni60-Fe25-Al15的复合共沉积粉末前驱体。

2.复合共沉积前驱体经刮取阴极疏松表面获取，采用去离子水抽滤洗涤4次，并经过80℃真空烘干，移入真空烧结炉内，以2℃/min的升温速率升至900℃，保温煅烧3h，使Ni、Fe、Al之间充分扩散，获取比较粗的Ni-Fe-Al合金粉末。

3.可通过高能球磨，控制球料比10：1、转速150r/min和球磨时间14小时获取平均粒度在2-5μm的Ni-Fe-Al合金粉末，其扫描电镜照片如图5所示。

4.球磨后的产品经分离，并快速真空包装。