專利名稱：納米核殼式銅-錫雙金屬粉體及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雙金屬粉體及其制備和應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種銅和錫的雙金屬粉體及其制備方法，該雙金屬粉體可以作為潤滑油及潤滑脂極壓抗磨添加劑，在粉末冶金中作添加劑，或作為多孔材料、抗菌材料、防污涂料、導(dǎo)電材料、自潤滑材料、減摩材料、金剛石工具、以及電碳制品的原料或添加劑。
背景技術(shù)：
納米粉體由于具有許多傳統(tǒng)材料所沒有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，因而得到了廣泛的重視，成為當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱門課題之一。把納米材料應(yīng)用于潤滑油中更是一個(gè)非常有應(yīng)用前景的多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域。據(jù)文獻(xiàn)[TrenieIznos，20(3)，333-338(Russian)1999]報(bào)道俄羅斯的科學(xué)家將納米銅粉加入潤滑油中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，潤滑性能顯著提高，機(jī)械磨損降低了3-3.5倍并且摩擦負(fù)荷提高了一倍，潤滑油的摩擦學(xué)性能良好。然而，單質(zhì)銅在空氣中很容易被氧化。文獻(xiàn)《化學(xué)通報(bào)》1996年第10期55～58頁，劉志杰、趙斌等人報(bào)道了納米銅粉在常溫干燥的情況下就會被氧化成土黃色的氧化亞銅。這限制了納米銅粉在潤滑油及潤滑脂等各領(lǐng)域中的應(yīng)用。一般銅錫合金粉目前應(yīng)用也較廣，可用作防污、金剛石、電碳制品的原料或添加劑以及粉末冶金添加劑等產(chǎn)品，但是如果采用納米銅錫粉效果將會顯著提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題之一在于解決單質(zhì)納米銅粉在空氣中容易被氧化，提供一種不易被氧化的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體。本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題之二在于公開一種制備成本較低的、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體的制備方法。本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題之三在于公開所說的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體在潤滑油、抗菌劑等領(lǐng)域的應(yīng)用。
本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的
首先參照現(xiàn)有技術(shù)制備一種納米球形銅粉，然后將此銅粉在水中攪拌分散均勻制成銅粉懸濁液，并將銅粉的懸濁液與有高分子保護(hù)劑和特種銅配位劑硫脲存在的氯化亞錫溶液混合，使亞錫離子與銅發(fā)生置換反應(yīng)，并在銅超微粒子的表面部分或全部包覆錫，形成一種核殼式銅—錫雙金屬納米粉體。
本發(fā)明的技術(shù)方案為納米核殼式銅—錫雙金屬粉體，其組成組分和重量百分含量為銅80％～92％錫8％～20％在所說的雙金屬粉體中，銅粒子的表面部分或全部被錫所包覆，形成一種銅—錫雙金屬粉體，該雙金屬粉體粒子的形態(tài)為球形或近球形，單個(gè)粒子大小大約為50～100nm。
上述納米核殼式銅—錫雙金屬粉體的制備包括以下步驟a、先采用文獻(xiàn)《化學(xué)通報(bào)》1996年第10期55～58頁，劉志杰、趙斌等人報(bào)道的技術(shù)制備好2g納米球形銅粉，并將該銅粉加50ml水?dāng)嚢璺稚⒕鶆蛑瞥摄~粉的懸濁液；b、然后將5g/L～60g/L的高分子保護(hù)劑、6g/L～18g/L的二水合氯化亞錫、45g/L～90g/L的銅配位劑硫脲的混合液，與銅粉的懸濁液混合，根據(jù)銅錫粉中的銅錫含量決定溶液的配比；c、在25～80℃的條件下，攪拌5～30分鐘，即可獲得納米核殼式銅—錫雙金屬粉。
所說的高分子保護(hù)劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、明膠、可溶性淀粉、甲基纖維素、阿拉伯膠等可溶性高分子中的一種。優(yōu)選的高分子保護(hù)劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、明膠。所用的溶劑為去離子水或蒸餾水。b中溶液配比根據(jù)銅粉的取量(比如2克)和反應(yīng)產(chǎn)物中銅錫的含量配比(比如90∶10，81∶19等)來計(jì)算溶液中氯化亞錫的用量。
上述納米核殼式銅—錫雙金屬粉體可以作為潤滑油及潤滑脂極壓抗磨添加劑、粉末冶金中的添加劑，可作為抗菌劑、防污劑、導(dǎo)電粉等直接應(yīng)用，也可以作為原料或添加劑制成抗菌材料、防污涂料、導(dǎo)電材料、自潤滑復(fù)合材料、減摩材料、金剛石工具、以及電碳制品等應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的銅—錫雙金屬粉既克服了銅粉很容易氧化的缺點(diǎn)，同時(shí)錫作為一種軟金屬也具有極壓抗磨性能，銅錫形成雙金屬粉后，把它添加到潤滑油中，其極壓抗磨性能會進(jìn)一步提高。比納米銅潤滑油添加劑提高了穩(wěn)定性和減少了用量。同時(shí)還能滿足潤滑油的外觀透明的要求、不出現(xiàn)油的混濁現(xiàn)象。此外該粉體是無機(jī)添加劑，對發(fā)動機(jī)、齒輪、一些金屬零件等無腐蝕性且對環(huán)境友好。它是一種新型的潤滑油添加劑，具有優(yōu)良的抗磨、減摩和節(jié)能、環(huán)保功效，并有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。另外，該粉體做抗菌粉、防污劑等的應(yīng)用，其社會效益顯著。在粉末冶金等的應(yīng)用中比普通銅錫合金粉的性能優(yōu)異，對現(xiàn)有使用銅錫合金粉的產(chǎn)品性能有顯著提高和改進(jìn)的功效。本專利制備的納米核殼式銅—錫雙金屬粉，采用的置換法制備技術(shù)以及在潤滑油中做極壓抗磨添加劑、抗菌材料方面等的應(yīng)用，國內(nèi)外均未見文獻(xiàn)公開報(bào)道。本發(fā)明是用化學(xué)方法制備出一種顆粒不大于100納米，粒徑分布窄，形貌為球形或近球形且不易氧化的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體，并將其應(yīng)用于潤滑油以及其它較多領(lǐng)域(在粉末冶金中作添加劑、抗菌劑、防污劑、導(dǎo)電粉或作為多孔材料、抗菌材料、防污涂料、導(dǎo)電材料、自潤滑材料、減摩材料、金剛石工具、以及電碳制品的原料或添加劑)。


圖1為作為原料的純納米銅粉的電鏡照片。
圖2為本發(fā)明納米核殼式銅—錫雙金屬粉體的電鏡照片。
圖3為本發(fā)明納米核殼式銅—錫雙金屬粉體的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式
以下將通過實(shí)施例對本發(fā)明具體的實(shí)施方法作說明實(shí)施例1首先采用文獻(xiàn)《化學(xué)通報(bào)》1996年第10期55～58頁，劉志杰、趙斌等人報(bào)道的技術(shù)制備好2克納米球形銅粉，并將銅粉加50ml水?dāng)嚢璺稚⒕鶆?；高分子保護(hù)劑PVP含量為20g/L、二水合氯化亞錫含量為7g/L、銅配位劑硫脲含量為60g/L的混合液50ml，在室溫、攪拌的條件下將其與銅粉懸濁液混合。反應(yīng)時(shí)間為10分鐘，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌、干燥。即可得到所說的核殼式銅—錫雙金屬納米粉體。
經(jīng)過重量分析方法測定其中銅含量為90％、錫含量為10％。
由圖1、2對比可知以納米球形銅粉為原料可制備出球形或近納米球形銅—錫雙金屬粉，后者的顆粒稍大于前者，為部分包覆結(jié)構(gòu)。
由圖3可知，所制備的粉體中只含有銅和錫兩種成份，沒有氧化物的峰，說明該粉體的抗氧化性能優(yōu)于作為原料的納米球形銅粉。
實(shí)施例2采用現(xiàn)有技術(shù)以水合肼為還原劑制備好2克不規(guī)則多邊形銅粉，并將銅粉加50ml水?dāng)嚢璺稚⒕鶆?；高分子保護(hù)劑PVP含量為20g/L、二水合氯化亞錫含量為7g/L、銅配位劑硫脲含量為60g/L的混合液50ml，在室溫、攪拌的條件下將其與銅粉懸濁液混合。反應(yīng)時(shí)間為15分鐘，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌、干燥。即可得到所說的核殼式銅—錫雙金屬納米粉體。
經(jīng)過重量分析方法測定其中銅含量為90％、錫含量為10％。
由透射電子顯微鏡觀察所制備粉體其形貌為不規(guī)則多邊形。這說明原料銅粉的形貌決定了銅錫粉的形貌。
實(shí)施例3參照實(shí)施例1制備納米球形銅粉2g，并制成懸濁液50ml。
高分子保護(hù)劑PVP含量為20g/L、二水合氯化亞錫含量為17g/L、銅配位劑硫脲含量為80g/L的混合液50ml，在60℃、攪拌的條件下將其與銅粉懸濁液混合。反應(yīng)時(shí)間為10分鐘，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌、干燥。即可得到所說的核殼式銅—錫雙金屬納米粉體。
經(jīng)過重量分析方法測定其中銅含量為81％、錫含量為19％。
由透射電子顯微鏡觀察所制備粉體其形貌為球形或近球形，單個(gè)粒子大小為50-100nm，為完全包覆結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4參照實(shí)施例1制備納米球形銅粉2g，并制成懸濁液50ml。
高分子保護(hù)劑可溶性淀粉25g/L、二水合氯化亞錫含量為11g/L、銅配位劑硫脲含量為60g/L的混合液50ml，在40℃、攪拌的條件下將其與銅粉懸濁液混合。反應(yīng)時(shí)間為20分鐘，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌、干燥。即可得到所說的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體。
經(jīng)過重量分析方法測定其中銅含量為88％、錫含量為12％。
由透射電子顯微鏡觀察所制備粉體其形貌為近球形，單個(gè)粒子大小為50-100nm。
實(shí)施例5按實(shí)施例1的方法制備好核殼式銅—錫雙金屬納米粉體0.05g，添加到99.95g SN150基礎(chǔ)油中，粉體添加量為0.05％，加熱攪拌1小時(shí)使其分散均勻。由四球機(jī)實(shí)驗(yàn)可知，該粉體具有優(yōu)良的極壓抗磨性能，最大無咔咬PB值為921N/GB3142(不含添加劑的基礎(chǔ)油為598N/GB3142)，并使摩擦系數(shù)有所下降。
實(shí)施例6參照實(shí)施例1制備納米球形銅粉0.1g，添加到99.9g SN150基礎(chǔ)油中，粉體添加量為0.1％，加熱攪拌1小時(shí)使其分散均勻。由四球機(jī)實(shí)驗(yàn)可知，該潤滑油最大無咔咬PB值為921N/GB3142(不含添加劑的基礎(chǔ)油為598N/GB3142)。實(shí)施例5和實(shí)施例6相比，作為潤滑油的添加劑，銅錫粉比銅粉的用量減少且穩(wěn)定性提高。
實(shí)施例7按實(shí)施例1、2、4的方法制備好納米核殼式銅—錫雙金屬粉體0.1g，分散到100ml菌濃度為6.60*107(cfu/ml) 的溶液中，300r/min震蕩一小時(shí)，按照GB15979-2002的方法進(jìn)行殺菌實(shí)驗(yàn)，其殺菌率為99.99％。
權(quán)利要求
1.納米核殼式銅—錫雙金屬粉體，其組成組分的重量百分含量為銅80％～92％錫8％～20％在所說的雙金屬粉體中，銅粒子的表面部分或全部被錫所包覆，形成一種納米核殼式銅—錫雙金屬粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體，其特征是所述的雙金屬粉體單個(gè)粒子大小為50～100nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體，其特征是所述的雙金屬粉體粒子的形態(tài)為球形或近球形。
4.權(quán)利要求1所述的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體的制備方法，首先制備納米球形銅粉，加水?dāng)嚢杈鶆虻玫姐~粉懸濁液，其特征是還包括以下步驟a、將5g/L～60g/L的高分子保護(hù)劑、6g/L～18g/L的二水合氯化亞錫、45g/L～90g/L的銅配位劑硫脲等的混合液與銅粉的懸濁液混合；b、在25～80℃的條件下，攪拌5～30分鐘，即可獲得納米核殼式銅—錫雙金屬粉體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體的制備方法，其特征是所說的高分子保護(hù)劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、明膠、可溶性淀粉、甲基纖維素、阿拉伯膠等可溶性高分子中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體的制備方法，其特征是優(yōu)選的高分子保護(hù)劑為聚乙烯吡咯烷酮、明膠中的一種。
7.權(quán)利要求1所述的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體作為潤滑油及潤滑脂極壓抗磨添加劑的應(yīng)用。
8.權(quán)利要求1所述的納米核殼式銅—錫雙金屬粉體作為抗菌劑的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明屬于雙金屬粉體及其制備和應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種銅和錫的雙金屬粉體及其制備方法。解決了單質(zhì)納米銅粉容易氧化的缺陷并且改善或提高了普通銅錫合金粉的使用效果。本發(fā)明首先參照現(xiàn)有技術(shù)制備一種納米球形銅粉，然后將此銅粉在水中攪拌分散均勻制成銅粉的懸濁液，并將銅粉的懸濁液與有高分子保護(hù)劑和特種銅配位劑硫脲存在的氯化亞錫溶液混合，使亞錫離子與銅發(fā)生置換反應(yīng)，并在銅超微粒子的表面部分或全部包覆錫，形成一種核殼式銅—錫雙金屬納米粉體。該雙金屬粉體可以作為潤滑油及潤滑脂極壓抗磨添加劑，在粉末冶金中作添加劑，或作為多孔材料、抗菌材料、防污涂料、導(dǎo)電材料、自潤滑材料、減摩材料、金剛石工具、以及電碳制品的原料或添加劑。
文檔編號C09C1/62GK1539577SQ200310108339
公開日2004年10月27日 申請日期2003年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月3日
發(fā)明者趙斌, 牟國俊, 趙 斌 申請人:上海維來新材料科技有限公司