專利名稱：共沉淀－共還原制備超細(xì)合金粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬合金粉末制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種共沉淀—共還原制備超細(xì)合金粉末的方法。
背景技術(shù)：
Fe、Co、Ni、Cu、Mo等粉末及其合金粉末，如Fe-Ni、Ni-Cu、Fe-Ni-Cu、Ni-Co、Fe-Ni-Mo等，被廣泛應(yīng)用于粉末冶金各行各業(yè)。霧化法是制備合金粉末的常用方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)熔煉合成各種成分的合金粉末，但是霧化法制備的合金粉末一般粒度較粗，燒結(jié)性能不是很好。一些粉末冶金制品需要在較低的燒結(jié)溫度下完成燒結(jié)，例如熱壓燒結(jié)金剛石工具，過(guò)高的燒結(jié)溫度會(huì)導(dǎo)致金剛石的石墨化，所以需要使用粒度小于2～5μm的合金粉末以降低燒結(jié)溫度。在粉末注射成形工藝中，將粗粉和細(xì)粉搭配使用，可以大幅度提高裝載量。更為重要的是，使用超細(xì)合金粉末經(jīng)低溫?zé)Y(jié)所得的細(xì)晶粒粉末冶金制品具有常規(guī)制品無(wú)可比擬定高強(qiáng)度和高韌性，而制備超細(xì)合金粉末是得到細(xì)晶粒粉末冶金制品的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種共沉淀—共還原制備超細(xì)合金粉末的方法，實(shí)現(xiàn)了合金粉末粒度可控、分布均勻，燒結(jié)性能優(yōu)異，并適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明首先通過(guò)液相共沉淀制備各種合金成分的前驅(qū)體粉末，前驅(qū)體粉末經(jīng)煅燒得到納米級(jí)金屬氧化物復(fù)合粉末，再將納米級(jí)金屬氧化物復(fù)合粉末在工業(yè)管式還原爐內(nèi)用氫氣或分解氨進(jìn)行還原，在還原過(guò)程同時(shí)完成合金化過(guò)程，得到超細(xì)合金粉末。具體制備工藝為1.共沉淀制備前驅(qū)體粉末將可溶性金屬(Fe、Co、Ni、Cu、Mo)的硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物與去離子水配置為水溶液。根據(jù)合金粉末成分的需要，各種金屬質(zhì)量比可為任意比例，水溶液中各種金屬離子的濃度為0～10mol/L。用計(jì)量泵將上述金屬鹽水溶液注入反應(yīng)釜中，然后按化學(xué)計(jì)量比將堿性溶液(如氫氧化鈉、氨水、碳酸銨等)注入反應(yīng)釜與金屬鹽水溶液混合，調(diào)整溶液PH值＞8，反應(yīng)生成Fe、Co、Ni、Cu、Mo的氫氧化物或碳酸鹽共沉淀，沉淀物經(jīng)3～5次洗滌、抽濾，得到共沉淀前驅(qū)體粉末。
若共沉淀中的雜質(zhì)組分可在煅燒階段直接分解，例如Ni、Co硝酸鹽加入碳酸銨共沉淀反應(yīng)產(chǎn)物為碳酸鎳、碳酸鈷和硝酸銨，硝酸銨可通過(guò)煅燒分解，可以省略洗滌步驟，直接將抽濾得到的共沉淀進(jìn)行煅燒。
2.煅燒前驅(qū)體制備納米金屬氧化物復(fù)合粉末將前驅(qū)體粉末在馬弗爐內(nèi)在150～400℃的溫度下煅燒1～4小時(shí)，目的是使得水分揮發(fā)，雜質(zhì)、氫氧化物或碳酸鹽分解，獲得納米金屬氧化物復(fù)合粉末。
3.共還原制備合金粉末將納米金屬氧化物復(fù)合粉末在工業(yè)管式還原爐內(nèi)用氫氣或分解氨還原，還原溫度為400～1000℃，氫氣或分解氨的截面流量為10～40ml/cm2·min，高溫區(qū)停留時(shí)間為30～90分鐘，被還原出的金屬在還原溫度下通過(guò)擴(kuò)散完成合金化過(guò)程，獲得合金粉末?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)還原溫度和氫氣流量控制還原產(chǎn)物合金粉末的粒度，獲得平均粒度為0.8～5.0μm的合金粉末。
4.產(chǎn)品處理出爐后產(chǎn)品由于粒度較細(xì)，表面能大，活性很高，容易氧化而增加含氧量，甚至自燃，應(yīng)立即以每kg粉末噴入5～15ml丙酮—油酸混合液，并真空封裝。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)從生產(chǎn)技術(shù)上提供了一種可工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)合金粉末的新技術(shù)；(2)工藝、設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低；(3)在可氫還原金屬范圍內(nèi)適用于任意成分配比合金粉末生產(chǎn)；(4)生產(chǎn)的合金粉末粒度細(xì)，粒度分布均勻，燒結(jié)性能優(yōu)異。
(5)生產(chǎn)的合金粉末粒度可控。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1以九水硝酸鐵(Fe(NO3)3·9H2O)、六水硝酸鎳(Ni(NO3)2·6H2O)及氨水為原料，制備超細(xì)Fe75-Ni25合金粉末，應(yīng)按如下步驟完成1.按質(zhì)量比(Fe(NO3)3·9H2O)∶(Ni(NO3)2·6H2O)＝541∶114的比例稱取原料，加入去離子水，配置為Fe3+濃度為1.34mol/L，Ni2+濃度為0.43mol/L的水溶液。用計(jì)量泵將此溶液注入反應(yīng)釜中。按1L硝酸鐵鎳溶液加入2.44L濃度為2mol/L的氨水的比例，通過(guò)計(jì)量泵注入氨水于反應(yīng)釜中，加以攪拌，調(diào)整溶液PH值＞8，發(fā)生反應(yīng)生成鐵、鎳的氫氧化物共沉淀。
2.沉淀經(jīng)抽濾移入馬弗爐內(nèi)，在300℃的溫度下煅燒2h，使鐵、鎳的氫氧化物和硝酸銨分解，得到納米級(jí)鐵、鎳復(fù)合氧化物粉末。
3.將納米級(jí)鐵、鎳復(fù)合氧化物粉末在管式還原爐內(nèi)用氫氣(或分解氨)還原。通過(guò)調(diào)整還原溫度、氫氣流量、保溫時(shí)間可得到0.8～5.0μm的超細(xì)合金粉末。例如在還原溫度為1000℃，氫氣截面流量20ml/cm2·min，高溫區(qū)滯留時(shí)間30min的條件下，可得到平均粒度為5μm的超細(xì)Fe75-Ni25合金粉末；在還原溫度為800℃，氫氣截面流量20ml/cm2·min，高溫區(qū)滯留時(shí)間40min的條件下，可得到平均粒度為2.5μm的超細(xì)Fe75-Ni25合金粉末；在還原溫度為600℃，氫氣截面流量30ml/cm2·min，高溫區(qū)滯留時(shí)間60min的條件下，可得到平均粒度為1.5μm的超細(xì)Fe75-Ni25合金粉末；在還原溫度為400℃，氫氣截面流量40ml/cm2·min，高溫區(qū)滯留時(shí)間90min的條件下，可得到平均粒度為0.8μm的超細(xì)Fe75-Ni25合金粉末。
4.出爐后產(chǎn)品立即立即以每kg粉末噴入10ml丙酮—油酸混合液并真空封裝，防止氧化自燃。
實(shí)施例2以無(wú)水硫酸鐵(Fe2(SO4)3)、無(wú)水硫酸鎳NiSO4及氫氧化鈉(NaOH)為原料，制備超細(xì)Fe70-Ni30合金粉末，應(yīng)按如下步驟完成1.按質(zhì)量比Fe2(SO4)3∶NiSO4＝250∶79的比例稱取原料，加入去離子水，配置為Fe3+濃度為1.25mol/L，Ni2+濃度為0.51mol/L的水溶液。用計(jì)量泵將此溶液注入反應(yīng)釜中。按1L硫酸鐵鎳溶液加入2.39L濃度為2mol/L的氫氧化鈉溶液的比例，通過(guò)計(jì)量泵注入氫氧化鈉溶液于反應(yīng)釜中，加以攪拌，調(diào)整溶液PH值＞8，發(fā)生反應(yīng)生成鐵、鎳的氫氧化物共沉淀。
2.將沉淀抽濾，加入去離子水洗滌，再抽濾、洗滌幾次循環(huán)，用BaCl2溶液檢測(cè)濾液中的SO42-離子，至濾液SO42-濃度降低至不可檢測(cè)為止。
3.抽濾后沉淀移入馬弗爐內(nèi)，在150℃的溫度下煅燒2h，使水分揮發(fā)，鐵、鎳的氫氧化物分解，得到納米級(jí)鐵、鎳復(fù)合氧化物粉末。
4.同實(shí)施例1步驟3?？傻玫狡骄６葹?.8～5.0μm的超細(xì)Fe70-Ni30合金粉末。
5.同實(shí)施例1步驟4。
實(shí)施例3以六水硝酸鎳(Ni(NO3)2·6H2O)、六水硝酸鈷(Co(NO3)2·6H2O)及碳酸銨((NH4)2CO3·H2O)為原料，制備超細(xì)Ni80-Co20合金粉末，應(yīng)按如下步驟完成1.按質(zhì)量比(Ni(NO3)2·6H2O)∶(Co(NO3)2·6H2O)＝4∶1的比例稱取原料，加入去離子水，配置為Ni2+濃度為1.36mol/L，Co2+濃度為0.34mol/L的水溶液。通過(guò)計(jì)量泵將此溶液注入反應(yīng)釜中。按1L鎳鈷溶液加入1.75L濃度為1mol/L的碳酸銨溶液的比例，通過(guò)計(jì)量泵注入碳酸銨溶液于反應(yīng)釜中，加以攪拌，調(diào)整溶液PH值＞8，發(fā)生反應(yīng)生成鎳、鈷的碳酸鹽共沉淀。
2.同實(shí)施例1步驟2，得到納米級(jí)鎳、鈷復(fù)合氧化物粉末。
3.同實(shí)施例1步驟3，可得到平均粒度為0.8～5.0μm的超細(xì)Ni80-Co20合金粉末。
4.同實(shí)施例1步驟4。
實(shí)施例4以三氯化鐵(FeCl3)、六水氯化鎳(NiCl2·6H2O)、二水氯化銅(CuCl2·2H2O)及氫氧化鈉(NaOH)為原料，制備超細(xì)Fe40-Ni20-Cu40合金粉末，應(yīng)按如下步驟完成1.按質(zhì)量比FeCl3∶(NiCl2·6H2O)∶(CuCl2·2H2O)＝115∶81∶107的比例稱取原料，加入去離子水，配置為Fe3+濃度為0.71mol/L，Ni2+濃度為0.34mol/L，Cu2+濃度為0.63mol/L，的水溶液。用計(jì)量泵將此溶液注入反應(yīng)釜中。按1L氯化鐵、鎳、銅溶液加入2.04L濃度為2mol/L的氫氧化鈉溶液的比例，通過(guò)計(jì)量泵注入氫氧化鈉溶液于反應(yīng)釜中，加以攪拌，調(diào)整溶液PH值＞8，發(fā)生反應(yīng)生成鐵、鎳的氫氧化物共沉淀。
2.將沉淀抽濾，加入去離子水洗滌，再抽濾、洗滌幾次循環(huán)，用AgNO3溶液檢測(cè)濾液中的Cl-離子，至濾液Cl-濃度降低至不可檢測(cè)為止。
3.抽濾后沉淀移入馬弗爐內(nèi)，在150℃的溫度下煅燒2h，使水分揮發(fā)，鐵、鎳、銅的氫氧化物分解，得到納米級(jí)鐵—鎳—銅復(fù)合氧化物粉末。
4.同實(shí)施例1步驟3?？傻玫狡骄６葹?.8～5.0μm的超細(xì)Fe40-Ni20-Cu40合金粉末。
5.同實(shí)施例1步驟4。
權(quán)利要求
1.一種共沉淀-共還原制備超細(xì)合金粉末的方法，其特征在于制備工藝為a、共沉淀制備前驅(qū)體粉末將可溶性金屬Fe、Co、Ni、Cu或Mo的硝酸鹽、硫酸鹽或氯化物與去離子水配置為水溶液，水溶液中各種金屬離子的濃度為0～10mol/L，在反應(yīng)釜中將金屬鹽水溶液與堿性溶液混合，調(diào)整溶液PH值，反應(yīng)生成Fe、Co、Ni、Cu、Mo的氫氧化物或碳酸鹽共沉淀，沉淀物經(jīng)3～5次洗滌、抽濾，得到共沉淀前驅(qū)體粉末；所述的堿性溶液為氫氧化鈉、氨水或碳酸銨；b、煅燒前驅(qū)體制備納米金屬氧化物復(fù)合粉末將前驅(qū)體粉末在馬弗爐內(nèi)在150～400℃的溫度下煅燒1～4小時(shí)，獲得納米金屬氧化物復(fù)合粉末；c、共還原制備合金粉末將納米金屬氧化物復(fù)合粉末在工業(yè)管式還原爐內(nèi)用氫氣或分解氨還原，還原溫度為400～1000℃，氫氣或分解氨的截面流量為10～40ml/cm2·min，保溫時(shí)間為30～90分鐘，被還原出的金屬在還原溫度下通過(guò)擴(kuò)散完成合金化過(guò)程，獲得合金粉末，平均粒度為0.8～5.0μm的合金粉末；d、產(chǎn)品處理出爐后，以每kg粉末噴入5～15ml丙酮-油酸混合液，真空封裝。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種共沉淀—共還原制備超細(xì)合金粉末的方法，屬于金屬合金粉末制備技術(shù)領(lǐng)域。首先通過(guò)液相共沉淀制備各種合金成分的前驅(qū)體粉末，前驅(qū)體粉末經(jīng)煅燒得到納米級(jí)金屬氧化物復(fù)合粉末，再將納米級(jí)金屬氧化物復(fù)合粉末在工業(yè)管式還原爐內(nèi)用氫氣或分解氨進(jìn)行還原，在還原過(guò)程同時(shí)完成合金化過(guò)程，得到超細(xì)合金粉末。實(shí)現(xiàn)了合金粉末粒度可控、分布均勻，燒結(jié)性能優(yōu)異，并適用于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了合金粉末粒度可控、分布均勻，燒結(jié)性能優(yōu)異，工藝、設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B22F9/16GK1830606SQ20061001169
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月14日
發(fā)明者郭志猛, 羅驥, 林濤, 郝俊杰 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)