一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一系列納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的制備方法。以廢金屬屑為原料，采用高能球磨方法制備。先將金屬屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎成細(xì)屑，將細(xì)屑裝入球磨罐內(nèi)，并加入適量硬脂酸作為過(guò)程控制劑，球磨罐抽真空或充入惰性氣體，按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨：球料質(zhì)量比為1:1～50:1，球磨轉(zhuǎn)速為50～500rpm，球磨時(shí)間12～48h。此方法有效地利用廢金屬屑已有的優(yōu)良顯微結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步細(xì)化到納米級(jí)，從而得到更高價(jià)值的納米結(jié)構(gòu)金屬粉末。用此種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末作為原料，通過(guò)熱機(jī)械固結(jié)可以得到具有優(yōu)異性能的超細(xì)結(jié)構(gòu)材料型材和零部件。這種工業(yè)副產(chǎn)品回收理念和工藝方法具有創(chuàng)造非常大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的潛力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬粉末及其制備方法，尤其涉及一種以金屬屑為原料制備的納米結(jié)構(gòu)金屬粉末及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自從上個(gè)世紀(jì)80年代德國(guó)的Gleiter教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)通過(guò)固結(jié)金屬納米顆粒制備出納米晶塊體金屬材料以來(lái)(參見(jiàn)Gleiter H, (1989)Prog.Mat.Sc1.33:223.和GleiterH, (2000) Acta Materialia48:1.),納米結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)引起了廣泛的研究和開(kāi)發(fā)興趣。納米結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)特征為:基體晶粒尺寸小于lOOnm，二次相顆粒、管或纖維的一維尺寸小于IOOnm0傳統(tǒng)微米結(jié)構(gòu)金屬材料晶粒尺寸大于I μ m,介于傳統(tǒng)微米結(jié)構(gòu)材料和納米結(jié)構(gòu)材料之間的稱(chēng)為超細(xì)結(jié)構(gòu)材料。到現(xiàn)在為止，科學(xué)家們已經(jīng)證實(shí)納米結(jié)構(gòu)和超細(xì)結(jié)構(gòu)金屬材料會(huì)具有比傳統(tǒng)微米結(jié)構(gòu)金屬材料優(yōu)異許多的物理，化學(xué)和力學(xué)性能。目前人們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)和日常生活中使用和熟悉的傳統(tǒng)金屬材料絕大多數(shù)具有微米結(jié)構(gòu)，其晶粒尺寸大于I μ m，所以納米結(jié)構(gòu)和超細(xì)結(jié)構(gòu)材料給人們提供了巨大的研究和開(kāi)發(fā)空間。研究證明通過(guò)先進(jìn)的粉末冶金技術(shù)，人們可以大規(guī)模制造納米結(jié)構(gòu)和超細(xì)結(jié)構(gòu)金屬及金屬基復(fù)合材料型材和零部件，從而實(shí)現(xiàn)這類(lèi)新材料和材料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。多方面研究顯示，粉末冶金很有可能是唯一的能夠大量制造納米結(jié)構(gòu)和超細(xì)結(jié)構(gòu)材料及其零部件的工藝技術(shù)途徑。這類(lèi)材料和材料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化需要大量的低成本的納米結(jié)構(gòu)金屬及金屬基復(fù)合材料粉末。
[0003]高能機(jī)械球磨是制備納米結(jié)構(gòu)材料和超細(xì)結(jié)構(gòu)材料粉末的一種重要途徑。它可以通過(guò)粉末顆粒反復(fù)的高應(yīng)變和高應(yīng)變率塑性變形、斷裂、冷焊等方式來(lái)有效的細(xì)化顆粒內(nèi)部的晶粒及其它顯微結(jié)構(gòu)特征，例如第二相陶瓷或金屬間化合物顆粒。它的基本原理是利用機(jī)械能來(lái)誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)或誘導(dǎo)材料組織、結(jié)構(gòu)和性能的變化，以此來(lái)制備新材料。作為一種新技術(shù)，它具有明顯降低反應(yīng)活化能、細(xì)化材料顯微結(jié)構(gòu)、極大提高粉末活性、促進(jìn)固態(tài)離子擴(kuò)散、誘發(fā)低溫化學(xué)反應(yīng)等作用，是一種節(jié)能高效的粉末材料制備技術(shù)。當(dāng)把高能機(jī)械球磨用于研磨金屬粉和陶瓷納米顆粒的混合體時(shí)，它能使硬質(zhì)的納米陶瓷顆粒均勻有效地分布在每一個(gè)粉末顆粒中，使它們成為金屬基納米復(fù)合材料顆粒，從而解決了金屬基納米復(fù)合材料制備中難以把納米陶瓷顆粒均勻彌散到金屬基體中的難題。目前高能球磨已廣泛用于彌散強(qiáng)化合金、磁性材料、超導(dǎo)材料、金屬間化合物、過(guò)飽和固溶體材料以及非晶、準(zhǔn)晶、納米晶等亞穩(wěn)態(tài)材料的制備。
[0004]金屬在機(jī)加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢屑，目前對(duì)廢金屬屑的回收途徑主要是通過(guò)液態(tài)重熔的方式。這種回收途徑要消耗有效能量，也破壞了金屬車(chē)削的優(yōu)質(zhì)顯微結(jié)構(gòu)，只是實(shí)現(xiàn)材料回收，并沒(méi)有使其價(jià)值提高。
[0005]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種保留金屬屑優(yōu)質(zhì)顯微結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步將其細(xì)化成納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種以廢金屬屑為原料制備納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)將金屬屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎I?30min，金屬屑成為細(xì)金屬屑，所述細(xì)金屬屑平均粒度小于IOmm ；
[0009](2)在充滿氬氣的手套箱中，將細(xì)金屬屑或細(xì)金屬屑與碳化硅納米顆粒的混合物裝入球磨罐內(nèi)，并加入0.0lwt.%?5wt.%的硬脂酸作為過(guò)程控制劑,球磨罐抽真空或充入惰性氣體，按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨:球料質(zhì)量比為1:1?50:1,球磨轉(zhuǎn)速為50?500rpm,球磨時(shí)間12?48h ；
[0010](3)高能球磨完成后，在充滿氬氣的手套箱中打開(kāi)球磨罐，取出制得的納米結(jié)構(gòu)金屬粉末。
[0011]優(yōu)選地，金屬屑選用鋁合金屑、鋼屑或鑄鐵屑中的一種。
[0012]更優(yōu)選地，鋁合金屑由A356鋁合金、6063鋁合金或7005鋁合金中的一種形成；鋼屑由10B21鋼形成；鑄鐵屑由QT400球墨鑄鐵形成。
[0013]優(yōu)選地，高能球磨選用行星式球磨機(jī)、攪拌式球磨機(jī)或振動(dòng)式球磨機(jī)中的一種。
[0014]更優(yōu)選地,高能球磨選用行星式球磨機(jī)，磨球選用高鉻鋼球或不銹鋼球，所述磨球直徑5?25mm。
[0015]本發(fā)明還公開(kāi)了按上述一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末制備方法制備的納米結(jié)構(gòu)金屬粉末。
[0016]一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末，是納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉、納米結(jié)構(gòu)鋼粉、納米結(jié)構(gòu)鑄鐵粉或碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末之中的一種。
[0017]其中，納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉形貌為不規(guī)則多邊形，粒度分布為3?2000μπι，顆粒內(nèi)部晶粒尺寸分布為5?200nm。
[0018]其中，納米結(jié)構(gòu)鋼粉形貌為不規(guī)則多邊形，粒度分布為I?1000 μ m，顆粒內(nèi)部晶粒尺寸分布為5?lOOnm。
[0019]其中，納米結(jié)構(gòu)鑄鐵粉形貌為不規(guī)則多邊形，粒度分布為500nm?300μπι，顆粒內(nèi)部晶粒尺寸分布為5?lOOnm。
[0020]其中，所述碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末形貌為不規(guī)則多邊形，粒度分布為10?500 μ m,碳化娃納米顆粒尺寸為I?50nm,碳化娃納米顆粒占碳化娃納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)為1%?5%。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:通過(guò)高能球磨的方式把金屬屑進(jìn)行破碎和加工，使其成為具有納米結(jié)構(gòu)的粉末，雖然也消耗能量，但能夠有效地利用金屬?gòu)U屑已有的優(yōu)良顯微結(jié)構(gòu)，如車(chē)削時(shí)已經(jīng)形成的細(xì)晶結(jié)構(gòu)和二相粒子和夾雜的破碎，把顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化到納米級(jí)，從而得到更高價(jià)值的納米結(jié)構(gòu)金屬及金屬基復(fù)合材料粉末。用此種納米結(jié)構(gòu)粉末作為原料，通過(guò)熱機(jī)械固結(jié)，如預(yù)燒結(jié)的粉末壓坯的熱鍛和熱擠壓，可以得到具有優(yōu)異性能，如高強(qiáng)度、良韌塑性，且具有高價(jià)值的超細(xì)結(jié)構(gòu)材料型材和零部件。
[0022]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉的掃描電鏡照片；
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉的粒徑分布圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉的XRD譜圖；
[0026]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉基體的透射電鏡照片；
[0027]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2獲得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉的粒徑分布圖；
[0028]圖6為本發(fā)明實(shí)施例2獲得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉的XRD譜圖；
[0029]圖7為本發(fā)明實(shí)施例2獲得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉基體的透射電鏡照片；
[0030]圖8為本發(fā)明實(shí)施例3獲得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉的粒徑分布圖；
[0031]圖9為本發(fā)明實(shí)施例3獲得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉基體的透射電鏡照片；
[0032]圖10為本發(fā)明實(shí)施例4獲得的碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料顆粒橫截面的金相照片；
[0033]圖11為本發(fā)明實(shí)施例4獲得的碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料顆粒內(nèi)部掃描電鏡照片；
[0034]圖12為本發(fā)明實(shí)施例5獲得的碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的XRD譜圖；
[0035]圖13為本發(fā)明實(shí)施例6獲得的納米結(jié)構(gòu)鋼粉的粒徑分布圖；
[0036]圖14為本發(fā)明實(shí)施例7獲得的納米結(jié)構(gòu)鑄鐵粉的粒徑分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]實(shí)施例1:A356鋁合金
[0038]將A356鋁合金屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎lOmin，成為平均粒度小于IOmm的細(xì)屑。在充滿氬氣的手套箱中，將細(xì)屑裝入球磨罐內(nèi)，并加入Iwt.%的硬脂酸作為過(guò)程控制劑，硬脂酸加入量以細(xì)屑重量為基準(zhǔn)。過(guò)程控制劑的作用在于減緩碰撞強(qiáng)度，調(diào)整冷焊與破碎的平衡。球磨罐抽真空或充入惰性氣體,在行星式球磨機(jī)上,按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨:磨球選用不銹鋼球，磨球直徑20mm，球料質(zhì)量比為20:1，球磨轉(zhuǎn)速為500rpm，球磨時(shí)間30h。高能球磨完成后，在充滿氬氣的手套箱中打開(kāi)球磨罐，取出制得的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉。
[0039]SEM觀察發(fā)現(xiàn)了大量的不規(guī)則多邊形顆粒(見(jiàn)圖1)，粒度分析結(jié)果表明顆粒的粒度分布為3?1000 μ m(見(jiàn)圖2)。XRD分析結(jié)果顯示材料中主要有兩相:即面心立方的鋁和類(lèi)金剛石結(jié)構(gòu)的硅，并且鋁的衍射峰出現(xiàn)寬化現(xiàn)象(見(jiàn)圖3)。透射電鏡結(jié)果顯示鋁合金基體內(nèi)部為變形后的亞結(jié)構(gòu)，基體晶界不清楚，晶粒尺寸分布在5?IOOnm之間(見(jiàn)圖4)。顯微硬度測(cè)試結(jié)果顯示，納米結(jié)構(gòu)的A356鋁合金粉的顯微硬度值為187Hv，比原始A356鋁合金屑的顯微硬度(約93Hv)提高了一倍。
[0040]實(shí)施例2:6063鋁合金
[0041]將6063鋁合金屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎lOmin，成為平均粒度小于IOmm的細(xì)屑。在充滿氬氣的手套箱中，將細(xì)屑裝入球磨罐內(nèi)，并加入Iwt.%的硬脂酸作為過(guò)程控制劑，硬脂酸加入量以細(xì)屑重量為基準(zhǔn)。球磨罐抽真空或充入惰性氣體，在行星式球磨機(jī)上，按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨:磨球選用不銹鋼球，磨球直徑16mm,球料質(zhì)量比為20:1,球磨轉(zhuǎn)速為500rpm，球磨時(shí)間30h。高能球磨完成后，在充滿氬氣的手套箱中打開(kāi)球磨罐，取出制得的納米結(jié)構(gòu)招合金粉。
[0042]SEM觀察發(fā)現(xiàn)了大量的不規(guī)則多邊形顆粒，粒度分析結(jié)果表明顆粒的粒度分布為30?2000 μ m (見(jiàn)圖5)。XRD分析結(jié)果顯示為面心立方結(jié)構(gòu)的鋁，并且鋁的衍射峰出現(xiàn)寬化現(xiàn)象(見(jiàn)圖6)。透射電鏡結(jié)果顯示鋁合金基體內(nèi)部為變形后的亞結(jié)構(gòu)，基體晶界不清楚，晶粒尺寸分布在50?200nm之間(見(jiàn)圖7)。顯微硬度測(cè)試結(jié)果顯示，納米結(jié)構(gòu)的6063鋁合金粉的顯微硬度值在143Hv左右，比原始6063鋁合金屑的顯微硬度高。
[0043]實(shí)施例3:7005鋁合金
[0044]將7005鋁合金屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎lOmin，成為平均粒度小于IOmm的細(xì)屑。在充滿氬氣的手套箱中，將細(xì)屑裝入球磨罐內(nèi)，并加入Iwt.%的硬脂酸作為過(guò)程控制劑，硬脂酸加入量以細(xì)屑重量為基準(zhǔn)。球磨罐抽真空或充入惰性氣體，在行星式球磨機(jī)上，按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨:磨球選用不銹鋼球，磨球直徑16mm,球料質(zhì)量比為20:1,球磨轉(zhuǎn)速為500rpm，球磨時(shí)間42h。高能球磨完成后，在充滿氬氣的手套箱中打開(kāi)球磨罐，取出制得的納米結(jié)構(gòu)招合金粉。
[0045]SEM觀察發(fā)現(xiàn)了大量的不規(guī)則多邊形顆粒，粒度分析結(jié)果表明顆粒的粒度分布為5?IOOOym(見(jiàn)圖8)。透射電鏡結(jié)果顯示鋁合金基體內(nèi)部為變形后的亞結(jié)構(gòu)，基體晶界不清楚，晶粒尺寸分布在10?150nm之間(見(jiàn)圖9)。顯微硬度測(cè)試結(jié)果顯示，納米結(jié)構(gòu)的7005鋁合金粉的顯微硬度值在204Hv左右。
[0046]實(shí)施例4:6063招合金+碳化娃
[0047]將6063鋁合金屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎lOmin，成為平均粒度小于IOmm的細(xì)屑。在充滿氬氣的手套箱中，將細(xì)屑和碳化硅納米顆粒一起裝入球磨罐內(nèi)，碳化硅納米顆粒占細(xì)屑與碳化硅總體積的5%，并加入Iwt.%的硬脂酸作為過(guò)程控制劑，硬脂酸加入量以細(xì)屑重量為基準(zhǔn)。球磨罐抽真空或充入惰性氣體，在行星式球磨機(jī)上，按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨:磨球選用不銹鋼球，磨球直徑16mm,球料質(zhì)量比為20:1,球磨轉(zhuǎn)速為500rpm,球磨時(shí)間12h。高能球磨完成后，在充滿氬氣的手套箱中打開(kāi)球磨罐，取出制得碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末。
[0048]粒度橫截面金相分析結(jié)果顯示，粉末粒徑在10?500 μ m之間(見(jiàn)圖10)，對(duì)粉末顆粒內(nèi)部進(jìn)行掃描電鏡觀察顯示，碳化硅納米顆粒彌散分布在鋁基體內(nèi)部，尺寸小于50nm(見(jiàn)圖11)。碳化硅納米顆粒增強(qiáng)6063鋁合金基復(fù)合材料粉末的顯微硬度值為154Hv。
[0049]實(shí)施例5:A356鋁合金+碳化硅
[0050]將A356鋁合金屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎lOmin，成為平均粒度小于IOmm的細(xì)屑。在充滿氬氣的手套箱中，將細(xì)屑和碳化硅納米顆粒一起裝入球磨罐內(nèi)，碳化硅納米顆粒占細(xì)屑與碳化硅總體積的5%，并加入Iwt.%的硬脂酸作為過(guò)程控制劑，硬脂酸加入量以細(xì)屑重量為基準(zhǔn)。球磨罐抽真空或充入惰性氣體，在行星式球磨機(jī)上，按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨:磨球選用不銹鋼球，磨球直徑20mm,球料質(zhì)量比為20:1,球磨轉(zhuǎn)速為500rpm,球磨時(shí)間24h。高能球磨完成后，在充滿氬氣的手套箱中打開(kāi)球磨罐，取出制得碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末。
[0051]對(duì)復(fù)合材料粉末進(jìn)行XRD衍射分析顯示，復(fù)合材料粉末由面心立方的鋁，類(lèi)金剛石結(jié)構(gòu)的硅以及立方結(jié)構(gòu)的碳化硅組成(見(jiàn)圖12)，碳化硅納米顆粒增強(qiáng)A356鋁合金基復(fù)合材料粉末的顯微硬度值為289Hv。[0052]實(shí)施例6:10B21 鋼
[0053]將10B21鋼屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎30min，成為平均粒度小于IOmm的細(xì)屑。在充滿氬氣的手套箱中，將細(xì)屑裝入球磨罐內(nèi)，并加入0.5wt.%的硬脂酸作為過(guò)程控制劑，硬脂酸加入量以細(xì)屑重量為基準(zhǔn)。球磨罐抽真空或充入惰性氣體，在行星式球磨機(jī)上，按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨:磨球選用高鉻鋼球，磨球直徑16mm,球料質(zhì)量比為5:1,球磨轉(zhuǎn)速為500rpm，球磨時(shí)間12h。高能球磨完成后，在充滿氬氣的手套箱中打開(kāi)球磨罐，取出制得的納米結(jié)構(gòu)鋼粉。
[0054]粒度分析結(jié)果顯示粉末粒徑在I?1000 μ m之間(見(jiàn)圖13)，納米結(jié)構(gòu)10B21鋼粉的顯微硬度值在558Hv左右。
[0055]實(shí)施例7:QT400球磨鑄鐵
[0056]將QT400球磨鑄鐵屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎30min，成為平均粒度小于IOmm的細(xì)屑。在充滿氬氣的手套箱中，將細(xì)屑裝入球磨罐內(nèi)，并加入0.5wt.%的硬脂酸作為過(guò)程控制劑，硬脂酸加入量以細(xì)屑重量為基準(zhǔn)。球磨罐抽真空或充入惰性氣體，在行星式球磨機(jī)上，按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨:磨球選用高鉻鋼球，磨球直徑16mm,球料質(zhì)量比為5:1,球磨轉(zhuǎn)速為500rpm，球磨時(shí)間12h。高能球磨完成后，在充滿氬氣的手套箱中打開(kāi)球磨罐，取出制得的納米結(jié)構(gòu)鑄鐵粉。
[0057]粒度分析結(jié)果顯示粉末粒徑為500nm?300 μ m (見(jiàn)圖14),納米結(jié)構(gòu)QT400球磨鑄鐵粉的顯微硬度值在636Hv左右。
[0058]本發(fā)明方法制備的材料，SEM觀察發(fā)現(xiàn)了大量的不規(guī)則多邊形顆粒，包括鋁合金粉及碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末、鋼粉和鑄鐵粉。其中的鋁合金粉粒度分布為3?2000 μ m。XRD分析結(jié)果顯示鋁的衍射峰出現(xiàn)寬化現(xiàn)象。透射電鏡結(jié)果顯示鋁合金基體內(nèi)部為變形后的亞結(jié)構(gòu)，基體晶界不清楚，晶粒尺寸分布在5?200nm之間。顯微硬度測(cè)試結(jié)果顯示，A356鋁合金屑、6063鋁合金屑以及7005鋁合金屑在經(jīng)過(guò)高能球磨之后得到的納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉末的顯微硬度值分別為187Hv，143Hv和204Hv，比三種鋁合金材料的原始顯微硬度有了顯著提高。6063鋁合金屑或A356鋁合金屑與碳化硅納米顆?；旌虾笄蚰ニ锰蓟杓{米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末的粒度分布在10?500 μ m之間，碳化硅體積分?jǐn)?shù)為5%，粒徑小于50nm，均勻分布在鋁基體中，其中碳化硅納米顆粒增強(qiáng)6063鋁合金基復(fù)合材料粉末顯微硬度為154Hv，碳化硅納米顆粒增強(qiáng)A356鋁合金基復(fù)合材料粉末顯微硬度289Hv。10B21鋼屑經(jīng)高能球磨之后所得粉末的粒度分布為I?1000 μ m之間，金相組織為珠光體和鐵素體，粉末的顯微硬度在558Hv左右。QT400球磨鑄鐵屑經(jīng)高能球磨之后粉末的粒度分布為500nm?300 μ m之間,材料金相組織為石墨+珠光體+鐵素體,粉末的顯微硬度在636Hv左右。這幾種材料的性能均比未經(jīng)高能機(jī)械球磨前有了顯著提高。
[0059]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將金屬屑放入破碎機(jī)內(nèi)破碎I?30min，金屬屑成為細(xì)金屬屑，所述細(xì)金屬屑平均粒度小于IOmm ； (2)在充滿IS氣的手套箱中，將所述細(xì)金屬屑或所述細(xì)金屬屑與碳化娃納米顆粒的混合物裝入球磨罐內(nèi)，并加入0.0lwt.%?5wt.%的硬脂酸,所述球磨罐抽真空或充入惰性氣體，按如下球磨參數(shù)進(jìn)行高能球磨:球料質(zhì)量比為1:1?50:1,球磨轉(zhuǎn)速為50?500rpm,球磨時(shí)間12?48h ； (3)高能球磨完成后，在充滿氬氣的手套箱中打開(kāi)球磨罐，取出制得的納米結(jié)構(gòu)金屬粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的制備方法，其特征在于，金屬屑選用鋁合金屑、鋼屑或鑄鐵屑中的一種。
3.如權(quán)利要求2所述的一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的制備方法，其特征在于，所述鋁合金屑由A356鋁合金、6063鋁合金或7005鋁合金中的一種形成；所述鋼屑由10B21鋼形成；所述鑄鐵屑由QT400球墨鑄鐵形成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的制備方法，其特征在于，所述高能球磨選用行星式球磨機(jī)、攪拌式球磨機(jī)或振動(dòng)式球磨機(jī)中的一種。
5.如權(quán)利要求4所述的一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的制備方法，其特征在于，所述高能球磨選用行星式球磨機(jī)，磨球選用高鉻鋼球或不銹鋼球，所述磨球直徑5?25_。
6.一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末，其特征在于，按照上述權(quán)利要求2或3所述一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末的制備方法制備獲得，是納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉、納米結(jié)構(gòu)鋼粉、納米結(jié)構(gòu)鑄鐵粉或碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末之中的一種。
7.如權(quán)利要求6所述的一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末，其特征在于，其中所述納米結(jié)構(gòu)鋁合金粉形貌為不規(guī)則多邊形，粒度分布為3?2000 μ m，顆粒內(nèi)部晶粒尺寸分布為5?200nm。
8.如權(quán)利要求6所述的一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末，其特征在于，其中所述納米結(jié)構(gòu)鋼粉形貌為不規(guī)則多邊形，粒度分布為I?1000 μ m，顆粒內(nèi)部晶粒尺寸分布為5?lOOnm。
9.如權(quán)利要求6所述的一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末，其特征在于，其中所述納米結(jié)構(gòu)鑄鐵粉形貌為不規(guī)則多邊形，粒度分布為500nm?300μπι，顆粒內(nèi)部晶粒尺寸分布為5?IOOnm0
10.如權(quán)利要求6所述的一種納米結(jié)構(gòu)金屬粉末，其特征在于，其中所述碳化硅納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末形貌為不規(guī)則多邊形，粒度分布為10?500 μ m，碳化硅納米顆粒尺寸為I?50nm,碳化娃納米顆粒占碳化娃納米顆粒增強(qiáng)招基復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)為1%?5% ο
【文檔編號(hào)】B22F9/04GK103506628SQ201310472839
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】張德良, 梁加淼, 姚勛, 閆建強(qiáng), 張留洋 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)