本發(fā)明技術(shù)方案涉及一種氮化硼納米材料，特別涉及一種氮化硼包覆鐵鎳納米合金的制備方法。

背景技術(shù)：

鐵鎳納米合金具有較高的磁導(dǎo)率和表面磁性，在高密度磁記錄材料、高效催化劑和生物載體等方面有著巨大的應(yīng)用潛力。然而，當(dāng)合金的尺寸減小到納米級(jí)別時(shí)，氧化、磨損等缺陷會(huì)使合金的磁性能惡化，從而影響合金的進(jìn)一步利用。

氮化硼是一種重要的非氧化物材料，其性能和晶型結(jié)構(gòu)和C相似。其中，六方氮化硼(h-BN)粉末具有潤(rùn)滑、松散、質(zhì)輕、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于氣體吸收、防護(hù)涂料、污水護(hù)理和催化劑載體等領(lǐng)域。氮化硼包覆鐵鎳納米合金既體現(xiàn)了合金的磁性能又提高了合金的抗氧化性能。

氮化硼包覆磁性納米合金制備技術(shù)有相應(yīng)的報(bào)道，例如：D.L.Fan等用氯化銨、氨水、硼氫化鉀等通過(guò)高溫煅燒法成功合成出氮化硼包覆鈷、鎳納米合金(D.L.Fan,J.Feng,S.Y.Zhang,X.M.Lv,T.Y.Gao,Synthesis structure and magnetic properties of Ni and Co nanoparticles encapsulated by few-layer h-BN,J.Alloy Compd.689(2016)153-160)；T.Oku等人用硼酸、尿素和硝酸銀等通過(guò)新型化學(xué)溶液法及混合電弧放電法成功合成出氮化硼包覆銀納米合金(T.Oku,T.Kusunose,T.Hirata,N.Sato,R.Hatakeyama,K.Niihara,K.Suganuma,Formation and structure of Ag,Ge and SiC nanoparticles encapsulated in boron nitride and carbon nanocapsules,J.)；I.Narita,等人用硼氫化鉀和三氯化六氨合鈷通過(guò)高溫煅燒法成功的合成出氮化硼包覆鈷納米合金(I.Narita,T.Oku,H.Toroko,K.Suganuma,Synthesis of Co nanocapsules coated with BN layers by annealing of KBH₄and[Co(NH₃)₆]Cl₃,J.137(2006)44-48)。以上方法均為氮化硼包覆單相納米合金，但較難控制氮化硼厚度和包覆狀態(tài)。因此,本專利提供了簡(jiǎn)易制備氮化硼包覆鐵鎳納米合金的方法，即把硼酸和鐵鎳合金前驅(qū)體進(jìn)行機(jī)械研磨,在氨氣氣氛下高溫煅燒，得到厚度均勻的氮化硼涂層，為增強(qiáng)合金的抗氧化性做出了貢獻(xiàn),且可以結(jié)合鐵鎳合金優(yōu)異的磁性能，制備出新型的的復(fù)合材料，擴(kuò)展其在改善聚合物耐高溫性能的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為針對(duì)當(dāng)前技術(shù)中存在的氮化硼厚度難以控制以及成本高的不足，提出一種工藝簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異的氮化硼包覆鐵鎳納米合金的制備方法。在將鐵鎳合金前驅(qū)體與硼酸均勻混合后，該方法采用氨氣氣氛下的高溫煅燒，氨氣充當(dāng)還原劑的同時(shí)又提供氮源，由于反應(yīng)過(guò)程中始終保持氮化硼的形成和合金的形成是同步的，隨著溫度的升高，硼酸分解成氧化硼進(jìn)而與氨氣發(fā)生反應(yīng)形成氮化硼包覆合金。本發(fā)明所得到的氮化硼包覆鐵鎳納米合金充分利用了氮化硼較好的性能，尤其是低溫耐氧化性，并結(jié)合鐵鎳納米合金優(yōu)異的磁性能，制備出新型復(fù)合粉體材料，擴(kuò)展其在改善聚合物耐高溫性能的應(yīng)用。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種氮化硼包覆鐵鎳納米合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)將硼氫化鈉溶于乙醇待用；其中，每15ml乙醇加0.5～0.6g硼氫化鈉；

(2)將九水硝酸鐵和六水硝酸鎳溶解在乙醇中，再加入表面活性劑和步驟(1)中的溶液，攪拌1.0～1.5小時(shí)，過(guò)濾后洗滌固體至中性，真空干燥得到鐵鎳合金前驅(qū)體待用；

其中，九水硝酸鐵和六水硝酸鎳的摩爾比為1:1～1:4；每40～60ml乙醇加1.5～1.8g的表面活性劑、0.404～1.01g九水硝酸鐵；

(3)取步驟(2)中得到的鐵鎳合金前驅(qū)體與硼酸進(jìn)行機(jī)械研磨0.5～1.5小時(shí)，得到復(fù)合粉；其中，摩爾比為硼酸：鐵鎳合金前驅(qū)體中鐵＝1:2～1:4；

(4)將復(fù)合粉在氨氣氣氛下高溫?zé)Y(jié)，溫度為900～1000℃，保溫1.5～2.5小時(shí)，最后制得氮化硼包覆鐵鎳納米合金粉體。

所述的表面活性劑具體為聚乙烯吡咯烷烷酮K30。

本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)為：

當(dāng)前技術(shù)中，一般用硼酸和尿素作為硼源和氮源制備氮化硼，由于六方氮化硼內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊且無(wú)縫隙，把制備好的氮化硼與鐵鎳合金前驅(qū)體進(jìn)行研磨然后高溫煅燒，將很難控制氮化硼的包覆狀態(tài)以及本身的厚度。

本發(fā)明利用硼酸和鐵鎳合金前驅(qū)體先進(jìn)行充分研磨，在高溫下利用硼酸分解的氮化硼與氨氣進(jìn)行反應(yīng)包覆合金，使氮化硼的形成和合金的形成是同步的，這樣就保證了包覆狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明采用的氣氛為氨氣，氨氣在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中既充當(dāng)還原劑又提供氮源，在高溫下與硼酸分解出的氧化硼進(jìn)行反應(yīng)生成氮化硼涂層，工藝簡(jiǎn)單。

(2)本發(fā)明方法所用設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且性能優(yōu)異，有利于大規(guī)模的生產(chǎn)。

(3)本發(fā)明所得到的氮化硼包覆鐵鎳納米合金充分利用了氮化硼較好的性能，尤其是耐氧化性，使合金由原來(lái)未包覆的240℃發(fā)生嚴(yán)重氧化到包覆后570℃均保持良好的抗氧化性能，并結(jié)合鐵鎳納米合金優(yōu)異的磁性能，制備出新型復(fù)合粉體材料，擴(kuò)展其在改善聚合物耐高溫性能的應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的氮化硼包覆鐵鎳納米合金X射線衍射(XRD)圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的氮化硼包覆鐵鎳納米合金透射電鏡(TEM)照片。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的氮化硼包覆鐵鎳納米合金熱重、差熱分析(TGA-SDTA)照片，

其中，圖3a為包覆前鐵鎳納米合金熱重和差熱曲線，圖3b為包覆后鐵鎳納米合金熱重和差熱曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

(1)稱取0.5g硼氫化鈉溶于15ml乙醇中備用；

(2)按摩爾比為1:4,稱取0.404g九水硝酸鐵、1.16g六水硝酸鎳依次倒入60ml乙醇中，使其完全溶解，隨后加入1.8g聚乙烯吡吡烷酮k30，室溫?cái)嚢?.5h，然后加入硼氫化鈉溶液，攪拌1h，過(guò)濾后用去離子水洗滌固體至中性，再真空干燥，得到鐵鎳合金前驅(qū)體；

(3)稱取0.155g(0.0025摩爾)硼酸和0.56g(0.01摩爾，按鐵的摩爾數(shù)計(jì)算)鐵鎳合金前驅(qū)體混合后進(jìn)行機(jī)械研磨1小時(shí)，得到復(fù)合粉；

(4)將(3)得到的復(fù)合粉體放入瓷舟，在氨氣氣氛下，氣流量為30ml/min，利用管式爐950℃高溫煅燒，保溫時(shí)間為2h，即可得到氮化硼包覆鐵鎳納米合金粉體。

圖1為鐵鎳納米合金、氮化硼、氮化硼包覆鐵鎳納米合金的XRD曲線，由鐵鎳納米合金的XRD曲線得出，在2θ＝44.30°、51.56°、75.90°有明顯的特征峰，對(duì)應(yīng)鐵鎳納米合金(111)、(200)、(220)晶面，對(duì)于氮化硼，在2θ＝25.86°、41.78°、76.32°有明顯的特征峰，分別對(duì)應(yīng)六方氮化硼(h-BN)(002)、(100)、(220)晶面，經(jīng)過(guò)高溫煅燒后的氮化硼包覆鐵鎳納米合金，在2θ＝26.46°、41.84°、44.40°、51.68°、76.12°有明顯的特征峰。圖2為氮化硼包覆鐵鎳納米合金TEM圖片，從圖可以看出，涂層厚度約為8nm，晶面間距為0.338nm，對(duì)應(yīng)h-BN(002)晶面；內(nèi)核晶面間距為0.208nm，較好得對(duì)應(yīng)鐵鎳合金(111)晶面，通過(guò)以上XRD、TEM分析得出，此方法成功制備出氮化硼包覆鐵鎳納米合金粉體。

實(shí)施例2

(1)稱取0.6g硼氫化鈉溶于15ml乙醇中備用；

(2)按摩爾比為2:3,稱取0.808g九水硝酸鐵、0.87g六水硝酸鎳依次倒入60ml乙醇中,使其完全溶解，隨后加入1.6g聚乙烯吡吡烷酮k30，室溫?cái)嚢?h，然后加入硼氫化鈉溶液，攪拌2h，過(guò)濾，真空干燥，得到鐵鎳合金前驅(qū)體；

(3)稱取0.186g(0.003摩爾)硼酸和0.56g(0.01摩爾，按鐵的摩爾數(shù)計(jì)算)鐵鎳合金前驅(qū)體進(jìn)行機(jī)械研磨1小時(shí)；

(4)將(3)得到的復(fù)合粉體放入瓷舟，在氨氣氣氛下，氣流量為30ml/min，利用管式爐950℃高溫煅燒，保溫時(shí)間為2h，即可得到氮化硼包覆鐵鎳納米合金粉體。

實(shí)施例3

(1)稱取0.6g硼氫化鈉溶解在15ml乙醇中備用；

(2)按摩爾比為1:1,稱取1.01g九水硝酸鐵、0.725g六水硝酸鎳依次倒入60ml乙醇中,使其完全溶解，隨后加入1.5g聚乙烯吡吡烷酮k30，室溫?cái)嚢?.5h，然后加入硼氫化鈉溶液，攪拌2h，過(guò)濾，真空干燥，得到鐵鎳合金前驅(qū)體；

(3)稱稱取0.186g(0.003摩爾)硼酸和0.56g(0.01摩爾，按鐵的摩爾數(shù)計(jì)算)鐵鎳合金前驅(qū)體進(jìn)行機(jī)械研磨1小時(shí)；

(4)將(3)得到的復(fù)合粉體放入瓷舟，在氨氣氣氛下，氣流量為30ml/min，利用管式爐950℃高溫煅燒，保溫時(shí)間為2h，即可得到氮化硼包覆鐵鎳納米合金復(fù)合粉體。

圖3為鐵鎳納米合金、氮化硼包覆鐵鎳納米合金的TGA-SDTA曲線，由圖可以看出鐵鎳合金在240℃左右發(fā)生氧化，而氮化硼包覆鐵鎳納米合金在570℃以下均保持良好的穩(wěn)定性，可以說(shuō)明氮化硼涂層的存在大大提高了合金的抗氧化性能。

實(shí)施例4

(1)稱取0.5g硼氫化鈉溶于15ml乙醇中備用；

(2)按摩爾比為1:4,稱取0.404g九水硝酸鐵、1.16g六水硝酸鎳依次倒入60ml乙醇中,使其完全溶解，隨后加入1.8g聚乙烯吡吡烷酮k30，室溫?cái)嚢?.5h，然后加入硼氫化鈉溶液，攪拌1h，過(guò)濾，真空干燥，即鐵鎳合金前驅(qū)體；

(3)稱取0.217g(0.0035摩爾)硼酸和0.56g(0.01摩爾，按鐵的摩爾數(shù)計(jì)算)鐵鎳合金前驅(qū)體進(jìn)行機(jī)械研磨1小時(shí)；

(4)將(3)得到的復(fù)合粉體放入瓷舟，在氨氣氣氛下，氣流量為30ml/min，利用管式爐950℃高溫煅燒，保溫時(shí)間為3h，即可得到氮化硼包覆鐵鎳納米合金粉體。

實(shí)施例5

(1)稱取0.5g硼氫化鈉溶于15ml乙醇中備用；

(2)按摩爾比為1:4,稱取0.404g九水硝酸鐵、1.16g六水硝酸鎳依次倒入60ml乙醇中,使其完全溶解，隨后加入1.8g聚乙烯吡吡烷酮k30，室溫?cái)嚢?.5h，然后加入硼氫化鈉溶液，攪拌1h，過(guò)濾，真空干燥，即鐵鎳合金前驅(qū)體；

(3)稱取0.248g(0.004摩爾)硼酸和0.56g(0.01摩爾，按鐵的摩爾數(shù)計(jì)算)鐵鎳合金前驅(qū)體進(jìn)行機(jī)械研磨1小時(shí)；

(4)將(3)得到的復(fù)合粉體放入瓷舟，在氨氣氣氛下，利用管式爐1050℃高溫煅燒，保溫時(shí)間為4h，即可得到氮化硼包覆鐵鎳納米合金粉體。

通過(guò)充分的機(jī)械研磨，使硼酸很好的包覆鐵鎳合金前驅(qū)體，這是控制氮化硼包覆狀態(tài)的前提。在高溫和還原氣氛下，合金化與表面氮化硼層的生成同時(shí)進(jìn)行，保證了氮化硼包覆緊密牢固。硼酸的相對(duì)用量能很好的控制氮化硼包覆厚度。

本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。