一種外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須連接鎳的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在大氣環(huán)境下連接鎳的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳具有良好的塑性、磁性、耐磨性、耐腐蝕性能和耐高溫性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、電力電子、機(jī)械加工制造等領(lǐng)域。隨著各領(lǐng)域內(nèi)所需構(gòu)件的復(fù)雜化和精細(xì)化，一次成型的金屬鎳構(gòu)件已經(jīng)越來(lái)越難以滿足發(fā)展的要求，因而對(duì)金屬鎳連接接頭的需求日益增加。連接金屬鎳最常用的方法是真空釬焊或擴(kuò)散焊連接，但是這兩種方法均需在較高的真空環(huán)境下進(jìn)行，外加昂貴的連接設(shè)備，致使金屬鎳接頭的造價(jià)不菲。
[0003]近年來(lái)，隨著納米/微米科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，一維結(jié)構(gòu)的納米/微米材料的生長(zhǎng)形態(tài)控制越來(lái)越成熟，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。其中，一維硼酸鹽材料憑借其優(yōu)異的機(jī)械性能、良好的化學(xué)惰性和低的熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，受到學(xué)者們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。目前，硼酸鋁晶須、硼酸鎂晶須已經(jīng)成功應(yīng)用于材料的增強(qiáng)制造以及陶瓷的釬焊連接中。若通過(guò)晶須的外延生長(zhǎng)在大氣條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)鎳的連接，則所形成的接頭由于晶須的特性會(huì)具有耐高溫的特點(diǎn)，簡(jiǎn)單便捷的連接環(huán)境也將大大降低連接成本。然而，至今還沒(méi)有在鎳表面外延生長(zhǎng)晶須以及關(guān)于在大氣條件下通過(guò)晶須連接金屬鎳的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決現(xiàn)有方法連接鎳需苛刻的真空環(huán)境，以及通過(guò)簡(jiǎn)單便捷方法難以獲得能耐高溫的具有電絕緣特性的金屬鎳接頭的問(wèn)題，而提供一種通過(guò)表面外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須在大氣條件下連接鎳的方法。
[0005]本發(fā)明外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須連接鎳的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0006]一、按重量比為1:0.01?0.1分別稱取B2O3粉和MnO2粉，混合后制成初始混合粉末，將初始混合粉末和磨球置于高能球磨罐中，以200?350r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨，得到粉末中間層；
[0007]二、使用金相砂紙將待連接的鎳基體表面打磨平整，將打磨好的鎳基體用無(wú)水乙醇清洗后置于馬弗爐中，在700?950°C的溫度下進(jìn)行表面預(yù)氧化處理，得到預(yù)氧化的鎳基體；
[0008]三、將步驟一得到的粉末中間層均勻置于預(yù)氧化的鎳基體的待連接面之間，形成待焊件，將整體待焊件置于馬弗爐中，以10°C/min的速度升溫至800?1150°C進(jìn)行煅燒處理，隨爐降至室溫后實(shí)現(xiàn)利用外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須對(duì)鎳的連接。
[0009]本發(fā)明選用B2O3粉和MnO2粉作為在大氣條件下連接鎳的粉末中間層成分，其中B2O3為在焊縫中制備晶須的主要原料之一，MnO2為重要的晶須生長(zhǎng)助劑。在通過(guò)外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須連接鎳的過(guò)程中，當(dāng)溫度升高到450°C以上時(shí)，B2O3發(fā)生熔化，并隨著溫度的繼續(xù)升高，液態(tài)的B2O3與鎳表面的N1氧化層發(fā)生反應(yīng)，生成Ni3(BO3)2分子存在于液相中。在隨后的升溫過(guò)程中，MnO2發(fā)生分解，分解過(guò)程中釋放的O2促進(jìn)了 Ni3(BO3)2分子在固體表面的形核，形成錳的氧化物對(duì)硼酸鎳納米晶須的生長(zhǎng)也起到催化作用。
[0010]本發(fā)明利用表面外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須在大氣條件下連接鎳，接頭中所形成的大部分硼酸鎳晶須直徑在500nm左右，能夠貫穿焊縫生長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鎳的連接。與已有制備一維硼酸鎳的方法相比，本發(fā)明所制備的接頭中硼酸鎳納米晶須表面光滑，結(jié)晶度好，長(zhǎng)徑比大。本發(fā)明所涉及的連接工藝簡(jiǎn)單、廉價(jià)、環(huán)保，避免了苛刻的真空連接環(huán)境，煅燒溫度相對(duì)較低；由于一維硼酸鎳材料本身具有耐高溫抗腐蝕的特性，因而利用本發(fā)明連接鎳的方法所制備的鎳接頭同樣具有耐高溫抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，且接頭中硼酸鎳納米晶須的絕緣特性有利于鎳在電化學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1是實(shí)施例一制備的通過(guò)外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須連接金屬鎳所得接頭的光學(xué)電鏡圖，其中箭頭所指處為晶須；
[0012]圖2是實(shí)施例一制備的通過(guò)外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須連接金屬鎳所得接頭高倍掃描電鏡圖；
[0013]圖3是實(shí)施例一制備的鎳連接接頭中硼酸鎳納米晶須的XRD圖，其中▼代表Ni3(803)2，_代表]?11304，籲代表祖0。
【具體實(shí)施方式】
[0014]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須連接鎳的方法按以下步驟進(jìn)行:
[0015]一、按重量比為1:0.01?0.1分別稱取B2O3粉和MnO2粉，混合后制成初始混合粉末，將初始混合粉末和磨球置于高能球磨罐中，以200?350r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行球磨，得到粉末中間層；
[0016]二、使用金相砂紙將待連接的鎳基體表面打磨平整，將打磨好的鎳基體用無(wú)水乙醇清洗后置于馬弗爐中，在700?950°C的溫度下進(jìn)行表面預(yù)氧化處理，得到預(yù)氧化的鎳基體；
[0017]三、將步驟一得到的粉末中間層均勻置于預(yù)氧化的鎳基體的待連接面之間，形成待焊件，將整體待焊件置于馬弗爐中，以10°C/min的速度升溫至800?1150°C進(jìn)行煅燒處理，隨爐降至室溫后實(shí)現(xiàn)利用外延生長(zhǎng)硼酸鎳納米晶須對(duì)鎳的連接。
[0018]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟一按重量比為1:0.02?0.05分別稱取B2O3粉和MnO2粉。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0019]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是步驟一所述的B2O3粉和MnO2粉的純度大于99%。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0020]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是步驟一中進(jìn)行球磨時(shí)球料的質(zhì)量比是(14?16):1，填料比為40%?50%。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0021 ]本實(shí)施方式中球料質(zhì)量比是指磨球質(zhì)量與混合粉末質(zhì)量的比例，填料比40 %?50%為磨球與混合粉末總體積占球磨罐體積的40%?50%。
[0022]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是步驟一以200?350r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行間歇性球磨4?6h。其它步驟及參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】五不同的