球形黃銅合金粉末的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種球形黃銅合金粉末的制造方法，黃銅合金球形粉末的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)準(zhǔn)備黃銅合金粉末；(2)準(zhǔn)備黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末；(3)高溫?zé)崽幚硎裹S銅合金熔融并凝固成金屬球；高溫?zé)崽幚淼臏囟仁沁_(dá)到或高于所述合金熔融的溫度，優(yōu)選是黃銅合金熔點(diǎn)溫度以上10到80℃的范圍內(nèi)；然后迅速冷卻；(4)分離碳材料粉末或陶瓷材料粉末獲得微米、納米黃銅合金球形粉末。本發(fā)明能制造出高球形度黃銅合金粉末工藝簡單，成本低廉并適用大規(guī)模生產(chǎn)，黃銅合金粉末無宏觀偏析、表面金屬感強(qiáng)，可滿足金屬3D打印、印刷涂層裝飾、噴(釬)焊金屬粉末、金屬過濾器應(yīng)用。
【專利說明】球形黃銅合金粉末的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬粉末冶金領(lǐng)域，涉及粉體加工技術(shù)，具體地涉及一種黃銅合金球形粉末的制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]黃銅合金粉末俗稱銅金粉，又稱金粉。主要用于制造柔性印刷品顏料(高級畫報、高檔包裝、香煙外殼、證券印刷)、金屬過濾器、多孔元件、導(dǎo)管、自潤滑軸承軸瓦、汽車船舶耐腐蝕零件以及摩擦材料，廣泛應(yīng)用于表面裝潢修飾、印刷、醫(yī)療器械、機(jī)械工程、粉末冶金等行業(yè)。目前，不規(guī)則黃銅合金粉的研宄和制造較為成熟，尤其是應(yīng)用于金屬顏料的鱗片狀黃銅合金粉末。高質(zhì)量高品相的球形黃銅合金粉末專利鮮有報道，一方面，大規(guī)模黃銅合金球形粉末制備較為困難，傳統(tǒng)黃銅合金球形粉末主要采用霧化方法制備，然而，黃銅合金由于銅和鋅的熔點(diǎn)相差太大，以及鋅的飽和蒸汽壓較高，在熔煉和霧化時，鋅極易揮發(fā)，因此采用氣霧化及水霧化工藝難以制備球形的黃銅合金粉，制備的顆粒也多為不規(guī)則或類球形，成分偏析嚴(yán)重。另一方面，傳統(tǒng)霧化法制造的黃銅合金粉末流動性差、松裝密度低，顆粒尺寸分布不均，很大程度上制約了黃銅合金粉末在金屬3D打印、印刷涂層裝飾、噴(釬)焊金屬粉末、粉末冶金等領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]專利申請?zhí)朇N201410462791.X公布了一種微米和納米金屬球形粉末的制造方法，提出通過金屬液滴/碳材料或陶瓷材料界面(即:液/固界面)的方法制備微米、納米金屬球。該制備方法簡單，環(huán)境友好。該專利提出了在真空或氣氛中退火融化金屬，對于包含飽和蒸汽壓高的易揮發(fā)元素Zn的合金成分控制存在困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種無成分偏析的球形度高的球形黃銅合金粉末的制造方法。
[0005]為了實現(xiàn)以上目的，采用的技術(shù)方案:一種球形黃銅合金粉末的制造方法，具體步驟如下:
[0006](I)準(zhǔn)備黃銅合金粉末；
[0007](2)準(zhǔn)備黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末；
[0008](3)高溫?zé)崽幚硎裹S銅合金熔融并凝固成金屬球；高溫?zé)崽幚淼臏囟仁沁_(dá)到所述合金熔融的溫度，優(yōu)選是黃銅合金熔點(diǎn)溫度以上10到80°C的范圍內(nèi)；；然后迅速冷卻；
[0009](4)分離碳材料粉末或陶瓷材料粉末獲得微米、納米黃銅合金球形粉末。
[0010]所述黃銅合金為銅鋅合金，質(zhì)量比50-90:5-40 ;以及在CuZn合金中添加Fe、Al、Mn、S1、Sn、Pb、N1、Cr中一種或多種元素添加的復(fù)合銅鋅合金；質(zhì)量一般不大于15份。
[0011]準(zhǔn)備所述黃銅合金原料粉末包括:1)通過真空熔煉黃銅合金，破碎成金屬粉末，
2)快淬成條帶后破碎成金屬粉末；3)通過金屬氧化物或金屬鹽還原獲得黃銅合金粉末如包括但不限于氧化銅，乙酸銅，氧化鋅，乙酸鋅等；4)通過霧化法或擴(kuò)散合金法獲得黃銅合金粉末；5)通過其他方法獲得的黃銅合金粉末。
[0012]所述青銅合金原料粉末尺寸小于1mm,優(yōu)選的尺寸范圍在50nm?1mm。
[0013]碳材料粉末包括但不限于:石墨、石墨烯、金剛石、碳粉或煤粉以及它們二種或二種以上的混合物；
[0014]陶瓷材料粉末包括但不限于:碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它們二種或二種以上的混合物。
[0015]準(zhǔn)備黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末的方法:1)將黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合的方法，i)采取機(jī)械方法均勻混合；?)在液體(水、乙醇等)中攪拌均勻混合；iii)通過分散劑輔助分散后，與碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，混合后干燥得到用碳材料或用陶瓷材料包覆的黃銅合金顆粒的均勻的混合粉末；2)以上述方式將金屬氧化物或金屬鹽與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合，在還原氣氛中(如氫氣、氨氣、一氧化碳等)退火，得到黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末。
[0016]所述黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的質(zhì)量比應(yīng)滿足所稱量的黃銅合金粉末的總表面積小于所配比的碳材料粉末或陶瓷材料粉末的總表面積；黃銅合金粉末的質(zhì)量在金屬/碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合物中所占質(zhì)量比在1%到98%之間。所述碳材料粉末或陶瓷材料粉末可以是任意大小的尺寸，優(yōu)選的尺寸范圍為10nm-100um。碳材料粉末或陶瓷材料粉末的形貌可以是片狀、球狀、線狀、管狀或其他形狀。
[0017]將混合均勻的黃銅合金/碳材料或陶瓷材料混合粉末在真空或氣氛(包括氫氣、一氧化碳、氮?dú)?、氬氣和氨氣?中熔融熱處理，溫度:達(dá)到或高于合金的熔點(diǎn)，優(yōu)選的溫度為高于黃銅合金熔點(diǎn)10?150°C ;保溫時間:保證黃銅合金完全熔化，優(yōu)選時間為Imin?1min ;冷卻方式:快冷，液體中液冷或空氣中急冷(風(fēng)力助冷，使冷卻速度在每分鐘50度以上)，讓金屬固體顆粒保持液態(tài)金屬球的形狀，同時，可以克服合金材料成分宏觀偏析和減少碳材料或陶瓷材料高溫下向金屬顆粒的擴(kuò)散。
[0018]上述所采用氣氛中(如氫氣、一氧化碳、氮?dú)?、氬氣和氨氣?熔融熱處理合金，氣氛壓強(qiáng)為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或高于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，優(yōu)選高于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氣氛壓強(qiáng)不小于 0.1MPao
[0019]將熱處理的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末分離，獲得微米或納米金屬球形粉末。清洗方法包括:1)在液體(如:水或有機(jī)溶劑等)中浸泡后，利用金屬與碳材料或與陶瓷材料大的密度差，超聲清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，獲得黃銅合金球形粉末；2)在液體中浸泡后，采用離心、過濾的方法獲得黃銅合金球形粉末；3)利用黃銅合金顆粒與碳材料或與陶瓷材料的形狀、大小不同，使用合適的篩子將二者分咼。
[0020]本發(fā)明的有益效果，本發(fā)明提出對含Zn合金進(jìn)行高壓退火的方式，解決了 Zn等元素飽和蒸汽壓較高，易揮發(fā)的問題，制備的黃銅合金球球形度高，表面質(zhì)量好，金屬感強(qiáng)。根據(jù)本發(fā)明，制備金屬球的原理清晰，制造黃銅合金球形粉末的工藝方法簡單，適用于制造多元素添加的黃銅合金球形粉末，解決了 Zn等元素飽和蒸汽壓較高，易燒損的問題，粉末球形度高，表面金屬感強(qiáng)，無宏觀偏析，制造過程中作固體分散劑用的碳材料或陶瓷材料分離后可循環(huán)使用，制造成本低，生產(chǎn)效率高，是一種環(huán)境友好、可規(guī)?；a(chǎn)微米或納米黃銅合金球形粉末的制造方法。熱處理可在常壓或高壓氣氛條件下進(jìn)行，制造的黃銅合金粉末可以滿足在金屬3D打印、印刷涂層裝飾、噴(釬)焊金屬粉末、金屬過濾器、粉末冶金等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1通過本發(fā)明的制造方法得到的Cu70Zn30黃銅合金球形粉的掃描電子顯微鏡照片；
[0022]圖2通過本發(fā)明的制造方法得到的Cu60Zn40黃銅合金球形粉的X射線衍射圖；
[0023]圖3通過本發(fā)明的制造方法得到的Cu60Zn30Snl0黃銅合金球形粉的掃描電子顯微鏡照片；

【具體實施方式】
[0024]以下是本發(fā)明制造球形黃銅合金粉末的實施案例。
[0025]實施例1
[0026]將混合好的黃銅(Cu70Zn30，質(zhì)量百分比)合金/石墨烯混合粉放入氧化鋁坩禍中，坩禍放進(jìn)退火爐的非加熱區(qū)，抽真空到6X10_3Pa,通入氬氣至壓強(qiáng)0.22MPa，推入裝有黃銅合金/石墨烯粉的坩禍到1000°C的加熱區(qū)，保溫3分鐘后，將裝有黃銅合金/石墨烯粉的坩禍拉出加熱區(qū)水淬冷卻。
[0027]用水浸泡黃銅合金/石墨烯混合粉，通過超聲清洗得到黃銅合金微米球形粉末。圖1為得到的黃銅合金球外觀的掃描電子顯微鏡照片，球形顆粒尺寸在10-30um左右。根據(jù)本發(fā)明的金屬球形粉末的制造方法，如圖1所示，確認(rèn)能夠得到黃銅合金微米球。
[0028]實施例2
[0029]將混合好的黃銅(Cu60Zn40，質(zhì)量百分比)合金/納米石墨混合粉放入氧化鋁坩禍中，坩禍放進(jìn)退火爐的非加熱區(qū)，抽真空到6X10_3Pa,通入氬氣至壓強(qiáng)0.22MPa，推入裝有黃銅合金/納米石墨粉的坩禍到950°C的加熱區(qū)，保溫5分鐘后，將裝有黃銅合金/石墨烯粉的坩禍拉出加熱區(qū)風(fēng)冷迅速冷卻。
[0030]用水浸泡黃銅合金/石墨烯混合粉，通過超聲清洗得到黃銅合金微米球形粉末。圖2為得到的黃銅合金Cu60Zn40球形粉末X射線衍射，根據(jù)本發(fā)明的金屬球形粉末的制造方法，如圖2所示，確認(rèn)能夠得到黃銅合金球形粉末為α和β共存相，與銅鋅合金平衡相圖一致，無宏觀偏析，表明Zn成分無燒損。
[0031]實施例3
[0032]將混合好的黃銅(Cu60Zn30Snl0，質(zhì)量百分比)合金/石墨混合粉放入氧化鋁坩禍中，坩禍放進(jìn)退火爐的非加熱區(qū)，抽真空到6X10_3Pa,通入氬氣至壓強(qiáng)0.1MPa，推入裝有黃銅合金/納米石墨粉的坩禍到950°C的加熱區(qū)，保溫5分鐘后，將裝有黃銅合金/石墨烯粉的坩禍拉出加熱區(qū)風(fēng)冷冷卻。
[0033]用水浸泡黃銅合金/石墨烯混合粉，通過超聲清洗得到黃銅合金微米球形粉末。圖3為得到的黃銅合金球(Cu60Zn30Snl0，質(zhì)量百分比)外觀的掃描電子顯微鏡照片，球形顆粒尺寸在20-30um左右。根據(jù)本發(fā)明的金屬球形粉末的制造方法，如圖3所示，確認(rèn)能夠得到黃銅合金微米球。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種球形黃銅合金粉末的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)準(zhǔn)備黃銅合金粉末； (2)準(zhǔn)備黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末； (3)高溫?zé)崽幚硎裹S銅合金熔融并凝固成金屬球；高溫?zé)崽幚淼臏囟仁沁_(dá)到或高于所述合金熔融的溫度，優(yōu)選是黃銅合金熔點(diǎn)溫度以上10到80°C的范圍內(nèi)；然后迅速冷卻； (4)分離碳材料粉末或陶瓷材料粉末獲得微米、納米黃銅合金球形粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形黃銅合金粉末的制造方法，其特征在于: 所述黃銅合金為的CuZn合金，質(zhì)量比50-90:5-40 ;以及在CuZn合金中添加Fe、Al、Mn、S1、Sn、Pb、N1、Cr中一種或多種元素添加的復(fù)合銅鋅合金，質(zhì)量不大于15份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項所述的球形黃銅合金粉末的制造方法，其特征在于: 準(zhǔn)備所述黃銅合金原料粉末包括:1)通過真空熔煉黃銅合金或快淬成條帶后破碎成金屬粉末；2)通過金屬氧化物或金屬鹽還原獲得黃銅合金粉末；3)通過霧化法、擴(kuò)散合金法獲得黃銅合金粉末；4)通過其他方法獲得的黃銅合金粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的球形黃銅合金粉末的制造方法，其特征在于: 所述青銅合金原料粉末尺寸小于1mm,優(yōu)選的尺寸范圍在50nm?Imm0
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的黃銅合金球形粉末的制造方法，其特征在于: 碳材料粉末為石墨、石墨烯、金剛石、碳粉或煤粉以及它們二種或二種以上的混合物；陶瓷材料粉末為碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它們二種或二種以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的球形黃銅合金粉末的制造方法，其特征在于: 準(zhǔn)備黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末的方法:1)將黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合的方法，i)采取機(jī)械方法均勻混合；ii)在液體(水、乙醇等)中攪拌均勻混合；iii)通過分散劑輔助分散后，與碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，混合后干燥得到用碳材料或用陶瓷材料包覆的黃銅合金顆粒的均勻的混合粉末，2)以上述方式將金屬氧化物或金屬鹽與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末混合，在還原氣氛中(如氫氣、氨氣、一氧化碳等)退火，得到黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的均勻混合粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的球形黃銅合金粉末的制造方法，其特征在于: 所述黃銅合金粉末與碳材料粉末或與陶瓷材料粉末的質(zhì)量比應(yīng)滿足所稱量的黃銅合金粉末的總表面積小于所配比的碳材料粉末或陶瓷材料粉末的總表面積；黃銅合金粉末的質(zhì)量在金屬/碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合物中所占質(zhì)量比在I %到98%之間；所述碳材料粉末或陶瓷材料粉末可以是任意大小的尺寸，優(yōu)選的尺寸范圍為1nm-1OOum ;碳材料粉末或陶瓷材料粉末的形貌可以是片狀、球狀、線狀、管狀或其他形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7所述的球形黃銅合金粉末的制造方法，其特征在于: 將混合均勻的黃銅合金/碳材料或陶瓷材料混合粉末在真空或保護(hù)性或還原性氣氛(包括氫氣、一氧化碳、氮?dú)?、氬氣和氨氣?中熔融熱處理，溫度:達(dá)到或高于合金的熔點(diǎn)，優(yōu)選的溫度為高于黃銅合金熔點(diǎn)10?80°C ;保溫時間:保證黃銅合金完全熔化，優(yōu)選時間為Imin?1min ;冷卻方式:快冷，讓金屬固體顆粒保持液態(tài)金屬球的形狀，同時，可以克服合金材料成分宏觀偏析和減少碳材料或陶瓷材料高溫下向金屬顆粒的擴(kuò)散。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的球形黃銅合金粉末的制造方法，其特征在于: 上述所米用氣氛中(如氫氣、一氧化碳、氮?dú)狻鍤夂桶睔獾?恪融熱處理合金，氣氛壓強(qiáng)為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓或高于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，優(yōu)選高于一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氣氛壓強(qiáng)不小于0.1MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的球形黃銅合金粉末的制造方法，其特征在于: 將熱處理的金屬/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末分離，獲得微米或納米金屬球形粉末；清洗方法包括:1)在液體(如:水或有機(jī)溶劑等)中浸泡后，利用金屬與碳材料或與陶瓷材料大的密度差，超聲清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，獲得黃銅合金球形粉末；2)在液體中浸泡后，采用離心、過濾的方法獲得黃銅合金球形粉末；3)利用黃銅合金顆粒與碳材料或與陶瓷材料的形狀、大小不同，使用合適的篩子將二者分離。
【文檔編號】B22F9/08GK104475745SQ201410730261
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】唐少龍, 雷成龍, 程振之, 黃海富, 都有為 申請人:南京大學(xué)