專利名稱：一種制備納米級彌散強化金屬用預(yù)合金粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，屬于高分子凝膠法制備混合金屬氧化物粉末的范疇。采用絡(luò)合-凝膠-干燥-煅燒-氫氣還原的工藝，綜合了有機化學、膠體化學、無機化學以 及粉末冶金等相關(guān)知識，適用于各類要求良好的高溫性能或力學性能的金屬粉末制品的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
彌散強化技術(shù)特別是對提高高溫合金的熱穩(wěn)定性和硬度、強度是十分有效的手 段，也是一般金屬提高高溫性能和力學性能的很好的方法。一般認為氧化物顆粒越細小，分 布越均勻，材料性能的提高就越顯著。氧化物彌散強化在高性能銅合金、高溫合金等領(lǐng)域已 有非常成功的應(yīng)用實例。目前，在制備氧化物彌散材料上主要采用機械合金化，內(nèi)氧化技術(shù)。中國發(fā)明專 利CN200610128421.8公開了一種內(nèi)氧化的方法制備Al2O3彌散強化銅合金材料。中國發(fā)明 專利CN94112582. 3公開了一種機械球磨合金化的方法制備彌散強化銅電阻焊電極材料。 文獻1 (材料工程，1995，4 6)報道了，以Fe為原始粉末，以Cr，Al，Ti，Mo為中間合金粉末， 以Y203(d<50nm)為第二相彌散強化粒子，通過機械合金化工藝制備高溫合金。這些方法 對材料的性能有一定的提高，但存在成本高，不易控制，彌散程度不夠均勻，達不到高性能 要求等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備納米級氧化物彌散強化金屬用預(yù)合金粉末的制 備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)當中存在的存在成本高，不易控制，彌散程度不夠均勻，達不到高 性能要求等問題。一種制備納米級彌散強化金屬用預(yù)合金粉末的方法，首先配置含基體和彌散相金 屬離子的混合鹽溶液，按照η(EDTA) η(金屬離子)=0.9-1.2 1的比例把乙二胺四 乙酸(EDTA)加入到混合溶液中，然后加入氨水調(diào)節(jié)ρΗ;然后向混合溶液中加入質(zhì)量比為 5-6 1的丙烯酰胺和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺，攪拌溶解后加入少量催化劑N，N，N’， N’ -四甲基乙二胺和少量引發(fā)劑過硫酸銨，攪拌至溶液凝固成為凝膠。把凝膠放入干燥箱 中干燥處理后放入馬弗爐中煅燒，還原煅燒后的粉得到納米級氧化物彌散強化金屬用的預(yù) 合金粉末。具體工藝步驟如下a、先將分析純的含基體和彌散相金屬離子的鹽配置成一定濃度的溶液，基體金屬 離子濃度為0. 5-2mol/L，基體金屬離子最終生成金屬單質(zhì)，彌散相金屬離子最終生成彌散 相氧化物；將原料折合成彌散相氧化物和基體金屬的質(zhì)量時，彌散相氧化物占總合金的質(zhì) 量分數(shù)在0. 25-5%。b、按照n(EDTA) η(金屬離子)=0. 9-1. 2 1的比例把乙二胺四乙酸(EDTA) 加入到所配好的溶液中，然后在攪拌的同時緩慢倒入氨水，PH調(diào)至2-7。
c、把丙烯酰胺和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比按5-6 1的配比加入到上述溶液中，其中丙烯酰胺的濃度為150-200g/L，攪拌使之溶解到溶液中。d、再向溶液中加入催化劑N，N, N’，N’ _四甲基乙二胺和引發(fā)劑過硫酸銨，每升溶 液中加入5mlN，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和0. 5g過硫酸銨，攪拌至溶液凝固成為凝膠。e、把凝膠放入80-100°C干燥箱中緩慢干燥成為干凝膠后置于馬弗爐中，在 500-700°C下煅燒得到超細氧化物混合粉末。f、混合氧化物在600-900°C下在氫氣氣氛中還原，還原時間為40-60min，得到納
米級彌散相顆粒與納米級基體顆粒高度均勻混合的預(yù)合金粉末。其中所用的金屬鹽必須都溶于水，并能與EDTA形成絡(luò)合物；在通常情況下，基體 金屬氧化物可以被氫氣還原，基體元素可為Fe、Ni、Co、Cu或其合金；在通常條件下，彌散 相選擇陶瓷類金屬氧化物，不能被氫氣還原，彌散相氧化物可為=Al2O3，ThO2, Y2O3中的一種。本發(fā)明的原理是高分子凝膠法利用丙烯酰胺自由基聚合反應(yīng)，同時利用網(wǎng)絡(luò)劑 有兩個活化雙鍵的雙功能團效應(yīng)，將高分子鏈連結(jié)起來構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)阻止煅燒時基體金 屬離子和彌散相氧化物金屬離子的傳質(zhì)過程，從而制備出納米粉體。同時由于基體金屬離 子和彌散相氧化物金屬離子是在溶液中混合均勻，因此制備出的彌散相不僅小而且分布均 勻。由于丙烯酰胺在PH <2時會發(fā)生水解，因此先加入絡(luò)合劑乙二胺四乙酸(EDTA)絡(luò)合 金屬離子，便于加入氨水調(diào)節(jié)PH。本發(fā)明的優(yōu)點在于該法具有混合均勻(在原子水平上混合)，化學計量易于控制、原料易得、操作簡 單，所制備出的粉末中彌散相分布均勻且顆粒細小，因此所得的彌散強化材料性能優(yōu)良，是 一種理想的制備納米級氧化物彌散強化金屬用預(yù)合金粉末的方法。
具體實施例方式實施例1:0.25% Y2O3彌散強化鐵粉末(1)稱取分析純FeCl3 ·6Η20108·2β，YCl3 · 6Η200· 61g，溶入去離子水中，配置成 800ml溶液；(2)稱取分析純EDTA105. 2g加進上述混合溶液中；(3)向加了 EDTA的溶液中緩慢加入質(zhì)量分數(shù)為35%的氨水，調(diào)節(jié)溶液PH到2 ；(4)按丙烯酰胺為150g/L的濃度向溶液中加入丙烯酰胺，完全溶解后按丙烯酰胺 和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比按5 1的配比將N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺加入到 上述溶液中，攪拌至溶液澄清；(5)再向溶液中加入催化劑N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和引發(fā)劑過硫酸銨(每升 溶液中加入5mlN，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和0. 5g過硫酸銨)，攪拌至溶液凝固成為凝膠。(6)把凝膠放入干燥箱中在80°C干燥得到干凝膠后，把干凝膠置于馬弗爐中在 500°C煅燒即得到超細氧化物粉末；(7)把混合物在600°C下還原60分鐘，得到納米級彌散相顆粒與納米級基體顆粒 高度均勻混合的預(yù)合金粉末。實施例2 :2· 0 % Al2O3彌散強化鐵粉末(1)稱取分析純FeCl3 · 6H20108. 2g，AlCl3 · 6Η202· 16g溶入去離子水中，配置成400ml溶液；(2)稱取分析純EDTAl 16. 9g加進上述混合溶液中；(3)向加入了 EDTA的溶液中緩慢加入質(zhì)量分數(shù)為35%的氨水，調(diào)節(jié)溶液PH到4 ；(4)按丙烯酰胺為170g/L的濃度向溶液中加入丙烯酰胺，完全溶解后按丙烯酰胺 和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比按5. 5 1的配比將N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺加入 到上述溶液中，攪拌至溶液澄清；(5)再向溶液中加入催化劑N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和引發(fā)劑過硫酸銨(每升 溶液中加入5mlN，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和0. 5g過硫酸銨)，攪拌至溶液凝固成為凝膠。(6)把凝膠放入干燥箱中在90°C干燥得到干凝膠后，把干凝膠置于馬弗爐中在 600°C煅燒即得到超細氧化物粉末；(7)把混合物在700°C下還原50分鐘，得到納米級彌散相顆粒與納米級基體顆粒 高度均勻混合的預(yù)合金粉末。實施例3 :3. 0 % Al2O3彌散強化鐵鎳合金粉末(1)稱取分析純 FeCl3 · 6H20108. 2g, NiCl3 · 6Η2090· 7g, AlCl3 · 6Η206· 58g 溶入去 離子水中，配置成800ml溶液；(2)稱取分析純EDTA233. 8g加進上述混合溶液中；(3)向加入了 EDTA的溶液中緩慢加入質(zhì)量分數(shù)為35%的氨水，調(diào)節(jié)溶液PH到6 ；(4)按丙烯酰胺為190g/L的濃度向溶液中加入丙烯酰胺，完全溶解后按丙烯酰胺 和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比按6 1的配比將N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺加入到 上述溶液中，攪拌至溶液澄清；(5)再向溶液中加入催化劑N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和引發(fā)劑過硫酸銨(每升 溶液中加入5mlN，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和0. 5g過硫酸銨)，攪拌至溶液凝固成為凝膠。(6)把凝膠放入干燥箱中在100°C干燥得到干凝膠后，把干凝膠置于馬弗爐中在 600°C煅燒即得到超細氧化物粉末；(7)把混合物在800°C下還原45分鐘，得到納米級彌散相顆粒與納米級基體顆粒 高度均勻混合的預(yù)合金粉末。實施例4 :5· 0 % Al2O3彌散強化鐵粉末(1)稱取分析純FeCl3 · 6H20216. 4g, AlCl3 · 6Η2011· 18g溶入去離子水中，配置成 400ml溶液；(2)稱取分析純EDTA280. 6g加進上述混合溶液中；(3)向加入了 EDTA的溶液中緩慢加入質(zhì)量分數(shù)為35%的氨水，調(diào)節(jié)溶液PH到7 ；(4)按丙烯酰胺為200g/L的濃度向溶液中加入丙烯酰胺，完全溶解后按丙烯酰胺 和N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比按6 1的配比將N，N’ -亞甲基雙丙烯酰胺加入到 上述溶液中，攪拌至溶液澄清；(5)再向溶液中加入催化劑N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和引發(fā)劑過硫酸銨(每升 溶液中加入5mlN，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和0. 5g過硫酸銨)，攪拌至溶液凝固成為凝膠。(6)把凝膠放入干燥箱中在100°C干燥得到干凝膠后，把干凝膠置于馬弗爐中在 700°C煅燒即得到超細氧化物粉末；(7)把混合物在900°C下還原40分鐘，得到納米級彌散相顆粒與納米級基體顆粒高度均勻混合的預(yù)合金粉末。 上述制備的氧化物彌散強化金屬產(chǎn)品，具有較好的高溫性能和較高的強度硬度和 耐磨性。
權(quán)利要求
一種制備納米級彌散強化金屬用預(yù)合金粉末的方法，其特征在于用EDTA做絡(luò)合劑絡(luò)合金屬離子后調(diào)節(jié)pH，然后加入丙烯酰胺和N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺，以N，N，N’，N’-四甲基乙二胺為催化劑、過硫酸銨為引發(fā)劑制得凝膠；再通過熱分解的方法除去凝膠中的有機物，得到超細氧化物混合粉；然后將所得的混合粉在氫氣中選擇還原，從而獲得了納米級彌散相顆粒與納米級基體高度混合的預(yù)合金粉末；具體工藝步驟為a、先將分析純的含基體和彌散相金屬離子的鹽配置成一定濃度的溶液，基體金屬離子濃度為0.5-2mol/L，基體金屬離子最終生成金屬單質(zhì)，彌散相金屬離子最終生成彌散相氧化物；將所用的金屬鹽折合成彌散相氧化物和基體金屬的質(zhì)量時，彌散相氧化物占總合金的質(zhì)量分數(shù)為0.25％-5％；b、按照n(EDTA)∶n(金屬離子)＝0.9-1.2∶1的比例把EDTA加入到所配好的溶液中，然后在攪拌的同時緩慢倒入氨水，直至溶液澄清透明，pH調(diào)至2-7；c、把丙烯酰胺和N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比按5-6∶1的配比加入到上述溶液中，其中丙烯酰胺的濃度為150-200g/L，攪拌使之溶解到溶液中；d、再向溶液中加入催化劑N，N，N’，N’-四甲基乙二胺和引發(fā)劑過硫酸銨，每升溶液中加入5mlN，N，N’，N’-四甲基乙二胺和0.5g過硫酸銨，攪拌至溶液凝固成為凝膠；e、把凝膠放入80-100℃干燥箱中緩慢干燥成為干凝膠后置于馬弗爐中，在500-700℃下煅燒得到超細氧化物混合粉末；f、混合氧化物在600-800℃下在氫氣氣氛中還原，還原時間為40-60min，得到納米級彌散相顆粒與納米級基體顆粒高度均勻混合的預(yù)合金粉末。
2.按照權(quán)利要求1所述制備納米級氧化物彌散強化金屬用預(yù)合金粉末的方法，其特 征在于所用的基體金屬離子鹽和彌散相金屬鹽為氯鹽或硝酸鹽，且必須溶于水，且能與 EDTA絡(luò)合。
3.按照權(quán)利要求1所述制備納米級氧化物彌散強化金屬用預(yù)合金粉末的方法，其特征 在于基體金屬氧化物能被氫氣還原，基體金屬元素為Fe、Ni、C0、Cu或其合金。
4.按照權(quán)利要求1所述制備納米級氧化物彌散強化金屬用預(yù)合金粉末的方法，其特 征在于彌散相氧化物選擇陶瓷類金屬氧化物，不能被氫氣還原，彌散相氧化物為=Al2O3， ThO2, Y2O3 中的一種。
全文摘要
一種制備納米級彌散強化金屬用預(yù)合金粉末的方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。將一定比例的基體和彌散相金屬離子的鹽混合溶入水中形成混合溶液，向溶液中加入一定量乙二胺四乙酸(EDTA)，然后向溶液中倒入氨水，直至溶液澄清透明。再向溶液中加入一定比例的丙烯酰胺、N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺、N，N，N’，N’-四甲基乙二胺、過硫酸銨并攪拌，直至形成高分子凝膠。把凝膠放入干燥箱中進行干燥得到干膠，之后于馬弗爐中煅燒得到超細氧化物混合粉。將所得的混合粉在氫氣流中選擇還原(彌散相氧化物一般為陶瓷類金屬氧化物，通常條件下，不能被氫氣還原)，即得到納米級氧化物顆粒與納米基體金屬顆粒均勻混合的預(yù)合金粉術(shù)。該法具有混合均勻制得的金屬粉分散性好且彌散相粒度細等優(yōu)點。
文檔編號B22F9/26GK101817092SQ20101014115
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者曹慧欽, 楊薇薇, 羅驥, 郭志猛, 陳存廣 申請人:北京科技大學