鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末及其制備方法，屬于熱噴涂材料制備領域，該復合粉末由鎳包覆在膨潤土或硅藻土表面形成，粉末粒度為45～150微米，復合粉末中鎳的質量百分含量為50%～80%，該復合粉末鎳含量可調。制備過程為：首先對膨潤土或硅藻土進行除水及活化處理；其次采用高壓氫還原方法進行鎳包覆；采用以上方法制備的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末顆粒均勻，鎳含量及包覆厚度可調，包覆完整連續(xù)，反應速度快。鎳包膨潤土或硅藻土主要作為一種航空、航天領域熱噴涂粉末材料的核心粉末，也可直接作為熱噴涂粉末材料。本發(fā)明的制備方法簡單，重復性好，易于實現(xiàn)工業(yè)化，且生產(chǎn)規(guī)?？筛鶕?jù)需要進行任意調整。
【專利說明】鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及熱噴涂材料領域，特別是涉及一種適合作為熱噴涂材料的中間原料或直接用作熱噴涂粉末材料的一種鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，封嚴涂層材料的研制已取得一定進展，按其使用溫度劃分，可分為低溫涂層，溫度在400°C以下，如鋁硅聚苯酯、銀銅合金等；中溫涂層，使用溫度在400~700°C，如鎳石墨、銅鋁鎳石墨、鎳鉻鋁鎳石墨等；高溫涂層，使用溫度大于70(TC，如鎳鉻鋁膨潤土、鎳鉻鋁硅藻土等。然而我國在高溫封嚴涂層材料研制方面還未有所突破。由于膨潤土(或硅藻土)表面活性不高，還原鎳很難包覆完整均勻，鎳包膨潤土 (或硅藻土)的制備一直是制約高溫封嚴涂層材料發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。
[0003]目前涂覆金屬的方法可以分為物理方法和化學方法。當采用氣相沉積等物理方法時，由于粉末難以實現(xiàn)懸浮，不易實現(xiàn)均勻包覆和工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)?；瘜W方法主要包括化學鍍、羰基分解法及電鍍法等。其中，化學鍍鎳是利用適宜的還原劑使鎳離子有選擇地在經(jīng)催化的表面上還原而鍍鎳層的一種化學處理方法，化學鍍鎳所用化學鍍鎳液由鎳鹽、絡合劑、穩(wěn)定劑和還原劑等組分構成，再配以適當?shù)臏囟?、PH值、攪拌等工藝條件，使粉末在鍍液中被包覆一層金屬鎳。羰基分解法是在一定條件下，活性鎳與一氧化碳接觸時，I個鎳原子與4個氣體分子相結合，生成四羰基鎳化合物。這個反應是可逆的，在150~316°C的溫度范圍內(nèi)，羰基鎳又會分解為金屬鎳和一氧化碳，其中CO可以循環(huán)使用。電鍍法制備鎳包覆型復合粉末不同于一般的 電鍍，它的電極是由顆粒組成的。
[0004]上述化學方法的各方法中，化學鍍雖使用廣泛，但是不易控制，難以達到所需鍍層厚度，過程較慢，易產(chǎn)生游離鎳。羰基分解法雖然原料利用率高，包覆效果好，但是CO和Ni (CO) 4均為劇毒物質，而且Ni (CO) 4揮發(fā)性強，因而要求極為嚴格的密閉防毒措施，影響了該方法的應用推廣。而電鍍法只適用于金屬粉末，對非金屬粉末需要在其表面先用其他方法涂覆一層鎳膜方可采用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明可以解決現(xiàn)有化學方法涂覆金屬所存在的問題，有效提高包覆率，提供一種工藝簡單、生產(chǎn)過程可控、成本低、易推廣的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末及其制備方法，制得粉末鎳含量可調，包覆均勻完整，能滿足后續(xù)制粉工藝及最終粉末性能需要的鎳包膨潤土或硅藻土粉末。
[0006]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末，該復合粉末由鎳包覆在膨潤土或硅藻土表面形成，粉末粒度為45~150微米，復合粉末中鎳的質量百分含量為50%~80%。
[0007]本發(fā)明還提供一種鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，是一種制備本發(fā)明的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的方法，包括:[0008]以膨潤土或硅藻土為原料，對膨潤土或硅藻土進行除水和有機-無機復合表面活化處理；
[0009]對所述除水和表面活化處理后的膨潤土或硅藻土進行高壓氫還原反應，所述高壓氫還原反應采用有機改性含鎳反應溶液；
[0010]對所述高壓氫還原反應的反應產(chǎn)物進行純凈水洗滌、烘干，即得到鎳包膨潤土或娃藻土復合粉末。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:通過先對作為原料的膨潤土或硅藻土進行除水處理及表面活化處理可使包覆更容易、更完整、更均勻；而采用高壓氫還原法進行鎳的包覆，可有效控制復合粉末中的鎳含量，提高包覆率，該方法制備的鎳包膨潤土 (或硅藻土)復合粉末可根據(jù)需要調整生產(chǎn)規(guī)模，其工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0012]下面對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0013]本發(fā)明實施例提供一種鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末，該復合粉末由鎳包覆在膨潤土或硅藻土表面形成，粉末粒度為45~150微米，復合粉末中鎳的質量百分含量為50% ~80%。
[0014]本發(fā)明實施例還提供一種制備上述的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的方法，包括以下步驟:
[0015]步驟一，以膨潤土或硅藻土為原料，對膨潤土或硅藻土進行除水處理與有機-無機復合表面活化處理；
[0016]步驟二，對除水和表面活化處理后的膨潤土或硅藻土進行高壓氫還原反應，高壓氫還原反應采用有機改性含鎳反應溶液；
[0017]步驟三，對高壓氫還原反應的反應產(chǎn)物進行洗滌、烘干，即得到鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末。
[0018]上述制備方法中，對膨潤土或硅藻土進行的除水處理為:采用熱處理，熱處理時間為I~8小時，膨潤土的熱處理溫度為100~600°C，硅藻土的熱處理溫度為800~1200°C，熱處理可去除膨潤土或硅藻土的吸附水并使其失去吸水能力，便于后續(xù)活化膨潤土或硅藻土的處理。
[0019]上述制備方法中，除水處理后，對膨潤土或硅藻土進行篩分，選用粒度為30~150微米的膨潤土或硅藻土作為后續(xù)處理的原料。
[0020]上述制備方法中，對膨潤土或硅藻土進行的表面活化處理為:采用有機-無機復合活化劑溶液將所述膨潤土或硅藻土完全浸濕，一般完全浸濕的時間為10~480分鐘，浸濕后采用70~200°C的溫度烘干，烘干后完成表面活化處理。
[0021]上述表面活化處理中，有機-無機復合活化劑溶液濃度為1.3~3.8%，其中有機活化劑作為溶劑，包括乙醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、丙酮等中的一種或其中幾種，無機活化劑作為溶質，主要為氯化鈀。
[0022]上述制備方法中，高壓氫還原反應為:將所述膨潤土或硅藻土加入到所述有機改性含鎳反應溶液中，每升有機改性含鎳反應溶液中加入膨潤土或硅藻土 20g~100g，再向所述含鎳反應溶液中加入添加劑，將所述加有所述膨潤土或硅藻土和添加劑的所述有機改性含鎳反應溶液在高壓釜中進行反應，高壓釜內(nèi)的反應溫度為205~280°C、氫氣壓力為
3.0MPa~10.0MPa,反應時間為2~10小時。
[0023]上述高壓氫還原反應中，有機改性含鎳反應溶液為聚乙二醇、硫酸鎳、硫酸銨、氨水和純凈水的混合溶液，所述混合溶液的配比為每升的混合溶液中含有聚乙二醇10~30g、硫酸鎳220~380g、硫酸銨80~220g、氨水100~200g、其余為純凈水。
[0024]上述高壓氫還原反應中，添加劑采用聚乙二醇、聚丙烯酰胺、蒽醌、水合肼中的任一種或幾種的混合物，所述添加劑的加入量為:每100g膨潤土或硅藻土加入添加劑35~100go當添加劑采用聚乙二醇、聚丙烯酰胺、蒽醌和水合肼的混合物，每100g膨潤土或硅藻土加入的所述添加劑中有10~50g的聚乙二醇、5~20g的聚丙烯酰胺、5~20g蒽醌和5~IOg水合肼。
[0025]上述制備方法中，對反應產(chǎn)物進行純凈水洗滌、烘干為:采用純凈水對所述反應產(chǎn)物進行洗滌，洗滌后采用70~200°C的溫度進行烘干。
[0026]上述制備方法，通過除水處理和表面活性處理作為預處理，與高壓氫還原反應配合，實現(xiàn)以較短工藝流程、較簡單的操作制備了鎳含量可調，包覆均勻完整，能滿足后續(xù)制粉工藝及最終粉末性能需要的鎳包膨潤土 (或硅藻土)復合粉末材料，該方法生產(chǎn)規(guī)?？煽?，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，制備的粉末材料可作為熱噴涂用鎳鉻鋁膨潤土(或硅藻土)的中間原料。
[0027]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明
[0028]本實施例提供一種鎳包膨潤土 (或硅藻土)復合粉末的制備方法，具體步驟如下:
[0029]( I)膨潤土 (或硅藻土)的除水預處理:將膨潤土 (或硅藻土)原料采用熱處理的方法進行除水預處理，熱處理時間為I~8小時，膨潤土的熱處理溫度為100~600°C，硅藻土的熱處理溫度為800~1200°C ；自然冷卻后進行原料篩分，選擇粒度為30~150微米的膨潤土 (或硅藻土)原料備用；
[0030](2)膨潤土 (或硅藻土)的活化處理:對經(jīng)過以上除水處理的膨潤土 (或硅藻土)原料進行表面活化處理，采用濃度為1.3~3.8%的有機-無機活化劑溶液將膨潤土 (或硅藻土)表面完全浸濕，一般完全浸濕的時間為10~480分鐘，之后進行烘干處理，烘干溫度為70 ~200。。；
[0031](3)膨潤土 (或硅藻土)的高壓氫還原鎳包覆反應:具體是將膨潤土 (或硅藻土)加入有機改性含鎳反應溶液中，再加入添加劑(起到表面活性的作用)，在進行密閉高壓斧中恒溫、加氫、加壓進行反應；其中，有機改性含鎳反應溶液配比為聚乙二醇10~30g/L、硫酸鎳220~380g/L、硫酸銨80~220g/L、氨水100~200g/L、其余為純凈水，按照每升有機改性含鎳反應溶液中加入20g~100g的比例將經(jīng)過除水處理與有機-無機復合表面活化處理的膨潤土 (或硅藻土)倒入上述有機改性含鎳反應溶液中，同時將添加劑加入上述有機改性含鎳反應溶液中；添加劑選自聚乙二醇、聚丙烯酰胺、蒽醌、水合肼的一種或其中幾種，添加劑無論是包括一種或多種組分，其用量為每100g膨潤土 (或硅藻土)中加入35~100g，當添加劑由聚乙二醇、聚丙烯酰胺、蒽醌和水合肼混合而成時，加入量為每100g膨潤土(或硅藻土)加入10~50g的聚乙二醇、5~20g的聚丙烯酰胺、5~20g的蒽醌和5~IOg的水合肼；將以上溶液及加入物充分攪拌，置于內(nèi)襯為耐腐蝕材料的密閉高壓斧中，恒溫205~280°C反應2~10小時，氣壓為3~IOMPa ；
[0032](4)反應生成的沉淀物(即反應產(chǎn)物)經(jīng)純凈水洗滌、過濾、采用70~200°C的溫度進行烘干后，即得到鎳包膨潤土(或硅藻土)復合粉末。
[0033]本發(fā)明產(chǎn)品的技術關鍵和工藝特色是:
[0034]采用膨潤土除水處理及表面活化處理可使包覆更容易、更完整、更均勻。采用高壓氫還原法進行包覆，可有效控制復合粉末中的鎳含量。采用以上方法制備鎳包膨潤土 (或硅藻土)復合粉末可根據(jù)需要調整生產(chǎn)規(guī)模。
[0035]下面以膨潤土為原料對上述鎳包膨潤土的制備方法進行說明，具體為:
[0036]取膨潤土在200°C下進行熱處理，保溫時間I小時，自然冷卻后進行篩分，得粒度在45~150微米間的膨潤土 400g ;取濃度為1.5%的有機-無機活化劑溶液200ml將以上膨潤土完全浸濕后進行烘干，烘干溫度為120°C ;將聚乙二醇10g、硫酸鎳300g、硫酸銨100g、氨水150ml混合，加入6L純凈水，攪拌均勻，將烘干后的膨潤土加入其中，邊攪拌邊加入聚丙烯酰胺160g，將以上混合溶液充分攪拌均勻后置于IOL高壓釜中，溫度升至210°C時通入氫氣，并使氫氣壓力始終保持在6MPa ;反應結束后將沉淀物進行洗滌、干燥，得鎳包膨潤土共682g，鎳含量為61.7%。
[0037]本發(fā)明的鎳包膨潤土 (或硅藻土)包覆型復合粉末材料，是一種制備熱噴涂材料的中間原料(也可以作為熱噴涂材料)，可用于制備航空、航天發(fā)動機間隙控制用高溫可磨耗封嚴涂層，該材料具有抗氧化性好、硬度低和結合強度高的特點。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種鎳包膨潤土或娃藻土復合粉末，其特征在于，該復合粉末由鎳包覆在膨潤土或娃藻土表面形成，粉末粒度為45~150微米,復合粉末中鎳的質量百分含量為50%~80%。
2.一種鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，其特征在于，用于制備權利要求1所述的鎳包膨潤土或娃藻土復合粉末，包括: 以膨潤土或硅藻土為原料，對所述膨潤土或硅藻土進行除水處理與有機-無機復合表面活化處理； 對所述除水處理和表面活化處理后的膨潤土或硅藻土進行高壓氫還原反應，所述高壓氫還原反應采用有機改性含鎳反應溶液； 對所述高壓氫還原反應的反應產(chǎn)物進行純凈水洗滌、烘干，即得到鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末。
3.根據(jù)權利要求2所述的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，其特征在于， 所述對膨潤土或硅藻土進行的除水處理為:采用熱處理，熱處理時間為I~8小時，膨潤土的熱處理溫度為100~600°C，硅藻土的熱處理溫度為800~1200°C ； 所述對反應產(chǎn)物進行純凈水洗滌、烘干為:采用純凈水對所述反應產(chǎn)物進行洗滌，洗滌后采用70~200°C的溫度進行烘干。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，其特征在于，除水處理后，對所述膨潤土或硅藻土進行篩分，選用粒度為30~150微米的膨潤土或硅藻土作為后續(xù)處理的原料。
5.根據(jù)權利要求2所述的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，其特征在于，所述對膨潤土或硅藻土進行的有機-無機復合表面活化處理為:采用有機-無機復合活化劑溶液將所述膨潤土或硅藻土完全浸濕，浸濕時間為10~480分鐘，浸濕后采用70~200°C的溫度烘干，烘干后完成有機-無機復合表面活化處理。
6.根據(jù)權利要求2或5所述的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，其特征在于，所述有機-無機復合活化劑溶液的質量濃度為1.3~3.8%，其中有機活化劑作為溶劑，選自乙醇、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、丙酮中的一種或幾種，無機活化劑作為溶質，采用氯化鈀。
7.根據(jù)權利要求2所述的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，其特征在于，所述高壓氫還原反應為:將所述膨潤土或硅藻土加入到所述有機改性含鎳反應溶液中，每升有機改性含鎳反應溶液中加入膨潤土或硅藻土 20g~100g，再向所述含鎳反應溶液中加入添加劑，將所述加有所述膨潤土或硅藻土和添加劑的所述有機改性含鎳反應溶液在高壓釜中進行反應，所述高壓釜內(nèi)的反應溫度為205~280°C、氫氣壓力為3.0MPa~10.0MPa，反應時間為2~10小時。
8.根據(jù)權利要求2或7所述的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，其特征在于，所述有機改性含鎳反應溶液為聚乙二醇、硫酸鎳、硫酸銨、氨水和純凈水的混合溶液，所述混合溶液的配比為每升的混合溶液中含有聚乙二醇10~30g、硫酸鎳220~380g、硫酸銨80~220g、氨水100~200g、其余為純凈水。
9.根據(jù)權利要求8所述的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，其特征在于，所述添加劑采用聚乙二醇、聚丙烯酰胺、蒽醌、水合肼中的任一種或幾種的混合物，所述添加劑的加入量為:每100g膨潤土或娃藻土加入添加劑35~100g。
10.根據(jù)權利要求9所述的鎳包膨潤土或硅藻土復合粉末的制備方法，其特征在于，所述添加劑采用聚乙二醇、聚丙烯酰胺、蒽醌和水合肼的混合物，每100g膨潤土或硅藻土加入的所述添加劑中 有10~50g的聚乙二醇、5~20g的聚丙烯酰胺、5~20g蒽醌和5~IOg水合肼。
【文檔編號】C04B35/628GK103666005SQ201310714023
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日:2013年12月20日
【發(fā)明者】于月光, 冀曉鵑, 章德銘, 沈婕, 楊永琦, 劉建明 申請人:北京礦冶研究總院, 北礦新材科技有限公司