專利名稱：鎳或鎳合金粉末表面包覆蜂窩狀金屬鈷或鈷合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳或鎳合金粉末表面包覆蜂窩狀金屬鈷或鈷合金的方法，具體地說，運用一種特殊的化學(xué)鍍工藝表面包覆組裝鎳或鎳合金粉末，以提高鎳合金粉末的電磁性能，屬于電磁屏蔽材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們對納米材料性能以及相關(guān)制備技術(shù)研究的不斷深入，具有特殊形貌和功能的超細(xì)結(jié)構(gòu)在化學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等方面往往表現(xiàn)出優(yōu)異的特性，這些超細(xì)結(jié)構(gòu)可望在化工、電子、冶金、航空、醫(yī)藥等軍事和民用領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用。近年來電子器件越來越多地應(yīng)用于工業(yè)，商業(yè)，以及軍事領(lǐng)域，電磁干擾也越來越成為一個嚴(yán)重的問題。這就需要制備出低反射和高吸收性能的電磁波吸收材料，來保護(hù)這些電子器件不受外來電磁波的影響或減少其本身對外界的電磁輻射，而其中又以微波吸收材料研究得較多。之前的微波吸收材料的研究大多集中在有鐵磁性質(zhì)的鐵氧體和金屬Fe、Co、Ni上。最近的研究表明這些鐵磁性的超細(xì)結(jié)構(gòu)如納米粉末，超細(xì)纖維等也有較好的微波吸收性能。Qi Liu等在《Advanced Materials》(Vol.17，2005)上發(fā)表文章“Nanometer-sized Nickel Hollow Spheres”(制備空心納米級鎳球的研究)用有機模板制備超細(xì)空心鎳球粉末，該空心微粒表面原子相對實心粉末增多，能夠?qū)﹄姶挪óa(chǎn)生很大的介電損耗，從而能夠有效的吸收微波。考慮到鎳或鎳合金粉末在磁損耗方面的不足，金屬鈷較鎳突出的磁性能，以及蜂窩狀網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以顯著增強粉體的比表面積，需要對鎳或鎳合金粉體進(jìn)行表面鍍覆鈷或鈷合金處理增強其電磁屏蔽功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種鎳或鎳合金粉末表面包覆蜂窩狀金屬鈷或鈷合金的方法，能在成本相對較低，試驗設(shè)備簡單的情況下，制備出高介電損耗和磁損耗的鎳合金粉末復(fù)合材料，可被用作良好的微波吸收材料。
為實現(xiàn)這一目的，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，首先對鎳或鎳合金粉末進(jìn)行預(yù)處理，清洗其表面氧化層后再均勻分散在水溶液中，為鍍覆反應(yīng)提供基體界面，然后將預(yù)處理后的粉末放入含鈷鹽的鍍液中，利用化學(xué)鍍工藝使鎳或鎳合金粉末表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)。由于鎳粉表面層在鍍液中催化活性不一致，在高活性基點首先催化還原劑與鈷離子或其他金屬離子反應(yīng)生成包覆層，隨后逐漸堆積出蜂窩狀孔隙包覆層。反應(yīng)時采用強力攪拌方式使懸浮在鍍液中的鎳合金粉末表面形成均勻包覆蜂窩狀鍍鈷層，所得顆粒經(jīng)后處理便得到蜂窩狀鈷鎳合金粉末。
本發(fā)明的方法具體包括如下步驟(1)鎳或鎳合金粉末預(yù)處理將干燥的鎳或鎳合金粉末溶解在體積比濃度為15％的稀硫酸中，用稀硫酸清洗金屬氧化物，在鎳粉表面層腐蝕出反應(yīng)催化活性點。再用超聲波分散法將團聚的粉末均勻散布在水溶液中，為鍍覆反應(yīng)提供基體界面。
(2)鍍液配制將金屬鹽、還原劑、緩沖劑、絡(luò)合劑分別在去離子水中溶解配制成化學(xué)鍍鍍液。鍍液中各組分含量為金屬鹽30～50g/L、還原劑20～40g/L、絡(luò)合劑0.045～0.055mol/L、緩沖劑0.015～0.02mol/L。
其中，所述的金屬鹽為鈷鹽，或者鈷鹽加銅鹽或鐵鹽。所述的鈷鹽包括硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷、醋酸鈷。
所述的還原劑包括次亞磷酸鹽、硼氫化物、水合肼、鎢酸鈉、鎢酸鉀。
所述的緩沖劑包括氫氧化氨、氯化氨、硝酸氨、硫酸氨、醋酸氨。
所述的絡(luò)合劑包括檸檬酸、乳酸、丁二酸、己二酸、酒石酸鉀鈉、硫脲、丙烯基硫脲、碘化鉀、鉬酸銨。
(3)鍍覆層生成將預(yù)處理過的鎳或鎳合金粉末放入化學(xué)鍍液中進(jìn)行超聲波攪拌和手動攪拌，攪拌充分后將其倒入80℃的恒溫水浴槽中加熱。在加熱過程中采用強力電動攪拌機不斷攪拌化學(xué)鍍液，攪拌頻率范圍為200轉(zhuǎn)/分鐘～400轉(zhuǎn)/分鐘。直到不再產(chǎn)生氣泡，即鍍覆過程基本完成，生成蜂窩狀鈷鎳合金顆粒。
(4)后處理將所得的顆粒過濾，再分別經(jīng)氨水、去離子水、丙酮洗滌，然后于60～80℃烘箱中干燥2小時，得到蜂窩狀鈷鎳合金粉末。
本發(fā)明制備的蜂窩狀鈷鎳合金粉末為非晶或微晶態(tài)，所得粉末粒徑大小為100nm～10μm，粉末成分為鎳的三元或四元合金。粉體外面為蜂窩狀鍍覆鈷合金層，內(nèi)部為鎳或鎳合金粉末。通過選擇微米級或納米級的鎳微粒來控制所得粉末粒徑大小，能夠得到微米級或納米級的蜂窩狀包覆粉末。通過控制金屬鹽濃度、比例以及攪拌速度來控制最終形成的蜂窩狀鍍覆層的合金元素成分。
本發(fā)明利用化學(xué)鍍工藝表面包覆組裝鎳或鎳合金粉末，在粉體外殼表面催化活性點發(fā)生氧化還原反應(yīng)，制備出具有特殊蜂窩狀形貌，表面包覆均勻、高介電損耗和磁損耗的粉末復(fù)合材料，進(jìn)一步增加了鎳合金粉末的比表面積，提高粒子對電磁波的吸收性能。本發(fā)明制備成本相對較低，采用的設(shè)備簡單，只需在普通反應(yīng)器和恒溫設(shè)備上加載強力電動攪拌機就可使用，工藝操作簡單易行，所制得的蜂窩狀合金粉末由于其獨特的結(jié)構(gòu)，可在吸附劑和微波吸收材料等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
實施例1微米級鎳合金球粉末包覆蜂窩狀金屬鈷預(yù)處理2～10μm微米尺寸的球形鎳-磷合金粉末。為避免粒子團聚及表面氧化，用稀硫酸清洗微米級空心鎳球，并對其進(jìn)行超聲波分散。5g預(yù)處理后的鎳球分散在1L鍍液中，然后進(jìn)行鈷包覆。鍍液中各成分濃度為七水合硫酸鈷(CoSO4·7H2O)30g/L；次磷酸鈉(NaH2PO2·H2O)20g/L；氨水(NH3·H2O)0.015mol/L，乳酸0.045mol/L。調(diào)整工藝參數(shù)水浴槽加熱控制溫度保持在80℃，機械攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將所得粒子分別用氨水、去離子水、丙酮洗滌后，置于80℃的真空干燥箱中，干燥2h后得到最終的微粒。最后得到的蜂窩狀鎳-磷合金球中磷含量為4.31％Wt，鎳含量為67.81％Wt，鈷含量為27.88％Wt，球體粒徑為2～10μm。球體表面為蜂窩狀網(wǎng)格孔隙，BET比表面積為4.9888m2/g。
實施例2納米級鎳合金球粉末包覆蜂窩狀金屬鈷預(yù)處理100～300nm納米粒徑尺寸的球形鎳-磷合金粉末。為避免粒子團聚及表面氧化，用稀硫酸清洗微米級鎳球，并對其進(jìn)行超聲波分散。5g預(yù)處理后的鎳球分散在1L鍍液中，然后進(jìn)行鈷包覆。鍍液中各成分濃度為六水合氯化鈷(CoCL2·6H2O)40g/L；次磷酸鉀(KH2PO2·H2O)30g/L；氨水(NH3·H2O)0.018mol/L，乳酸0.05mol/L。調(diào)整工藝參數(shù)水浴槽加熱控制溫度保持在80℃，機械攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將所得粒子分別用氨水、去離子水、丙酮洗滌后，置于60℃的真空干燥箱中，干燥2h后得到最終的微粒。最后得到的蜂窩狀鎳-磷合金球中磷含量為4.52Wt，鎳含量為66.81％Wt，鈷含量為28.67％Wt，球體粒徑為100～350nm。球體表面為蜂窩狀網(wǎng)格孔隙，BET比表面積為4.8818m2/g。
實施例3微米級鎳合金球粉末包覆蜂窩狀鈷合金預(yù)處理2～10μm微米尺寸的球形鎳-磷合金粉末。為避免粒子團聚及表面氧化，用稀硫酸清洗微米級鎳球，并對其進(jìn)行超聲波分散。5g預(yù)處理后的鎳球分散在1L鍍液中，然后進(jìn)行鈷包覆。鍍液中各成分濃度為七水合硫酸鈷(CoSO4·7H2O)30g/L；六水合硫酸銅(CuSO4·6H2O)10g/L；次磷酸鈉(NaH2PO2·H2O)30g/L；氯化氨(NH4CL)0.018mol/L，酒石酸鉀鈉0.05mol/L。調(diào)整工藝參數(shù)水浴槽加熱控制溫度保持在80℃，機械攪拌速度為400轉(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將所得粒子分別用氨水、去離子水、丙酮洗滌后，置于80℃的真空干燥箱中，干燥2h后得到最終的微粒。最后得到的蜂窩狀鎳-磷合金球中磷含量為4.51％Wt，鎳含量為64.99％Wt，鈷含量為25.09％Wt，銅含量為5.41％Wt，球體粒徑為2～10μm。球體表面為蜂窩狀網(wǎng)格孔隙，BET比表面積為4.8567m2/g。
實施例4
納米級鎳合金球粉末包覆蜂窩狀鈷合金預(yù)處理100～300nm納米粒徑尺寸的球形鎳-磷合金粉末。為避免粒子團聚及表面氧化，用稀硫酸清洗微米級鎳球，并對其進(jìn)行超聲波分散。5g預(yù)處理后的鎳球分散在1L鍍液中，然后進(jìn)行鈷包覆。鍍液中各成分濃度為六水合氯化鈷(CoCL2·6H2O)40g/L；六水合硫酸銅(CuSO4·6H2O)10g/L；次磷酸鉀(KH2PO2·H2O)40g/L；氯化氨(NH4CL)0.02mol/L，酒石酸鉀鈉0.055mol/L。調(diào)整工藝參數(shù)水浴槽加熱控制溫度保持在80℃，機械攪拌速度為400轉(zhuǎn)/分鐘。包覆實驗完成后，將所得粒子分別用氨水、去離子水、丙酮洗滌后，置于60℃的真空干燥箱中，干燥2h后得到最終的微粒。最后得到的蜂窩狀鎳-磷合金球中磷含量為4.39％Wt，鎳含量為63.72％Wt，鈷含量為26.03％Wt，銅含量為5.86％Wt，球體粒徑為100～350nm。球體表面為蜂窩狀網(wǎng)格孔隙，BET比表面積為4.7618m2/g。
權(quán)利要求
1.一種鎳或鎳合金粉末表面包覆蜂窩狀金屬鈷或鈷合金的方法，其特征在于包括如下步驟(1)鎳合金粉末預(yù)處理將干燥的鎳或鎳合金粉末溶解在體積比濃度為15％的稀硫酸中，用稀硫酸清洗金屬氧化物，在鎳粉表面層腐蝕出反應(yīng)催化活性點，再用超聲波分散法將團聚的粉末均勻散布在水溶液中，為鍍覆反應(yīng)提供基體界面；(2)鍍液配制將金屬鹽、還原劑、緩沖劑、絡(luò)合劑分別在去離子水中溶解配制成化學(xué)鍍鍍液，鍍液中各組分含量為金屬鹽30～50g/L、還原劑20～40g/L、絡(luò)合劑0.045～0.055mol/L、緩沖劑0.015～0.02mol/L；其中，所述的金屬鹽為鈷鹽，或者鈷鹽加銅鹽或鐵鹽；(3)鍍覆層生成將預(yù)處理過的鎳或鎳合金粉末放入化學(xué)鍍液中，攪拌充分后將其倒入80℃的恒溫水浴槽中加熱，在加熱過程中采用攪拌機不斷攪拌化學(xué)鍍液，攪拌頻率范圍為200轉(zhuǎn)/分鐘～400轉(zhuǎn)/分鐘，直到不再產(chǎn)生氣泡，即鍍覆過程完成，生成蜂窩狀鈷鎳合金顆粒；(4)后處理將所得的顆粒過濾，再分別經(jīng)氨水、去離子水、丙酮洗滌，然后于60～80℃烘箱中干燥2小時，得到蜂窩狀鈷鎳合金粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鎳或鎳合金粉末表面包覆蜂窩狀金屬鈷或鈷合金的方法，其特征在于所述的鈷鹽為硫酸鈷、氯化鈷、硝酸鈷或醋酸鈷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鎳或鎳合金粉末表面包覆蜂窩狀金屬鈷或鈷合金的方法，其特征在于所述的還原劑為亞磷酸鹽、硼氫化物、水合肼、鎢酸鈉或鎢酸鉀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的鎳或鎳合金粉末表面包覆蜂窩狀金屬鈷或鈷合金的方法，其特征在于所述的緩沖劑為氫氧化氨、氯化氨、硝酸氨、硫酸氨或醋酸氨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的鎳或鎳合金粉末表面包覆蜂窩狀金屬鈷或鈷合金的方法，其特征在于所述的的絡(luò)合劑為檸檬酸、乳酸、丁二酸、己二酸、酒石酸鉀鈉、硫脲、丙烯基硫脲、碘化鉀或鉬酸銨。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鎳或鎳合金粉末表面包覆蜂窩狀金屬鈷或鈷合金的方法，首先對鎳或鎳合金粉末進(jìn)行預(yù)處理，清洗其表面氧化層后再均勻分散在水溶液中，為鍍覆反應(yīng)提供基體界面，然后將預(yù)處理后的粉末放入含鈷鹽的鍍液中，利用化學(xué)鍍工藝使粉體表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在粉體表面活性點催化還原劑與鈷離子或其他金屬離子反應(yīng)，并采用強力攪拌方式使懸浮在鍍液中的鎳合金粉末表面形成均勻包覆蜂窩狀鍍鈷層，所得顆粒經(jīng)后處理便得到蜂窩狀鈷鎳合金粉末。本發(fā)明工藝設(shè)備簡單、成本低廉，可制得微米級和納米級的鈷鎳合金粉末，同時亦可控制鍍覆層的合金元素成分及微粒大小，由于鈷鎳合金粉末的獨特結(jié)構(gòu)，可望在吸附劑和微波吸收材料等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
文檔編號B22F9/16GK1776014SQ20051011067
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者胡文彬, 劉曦, 鄧意達(dá), 沈彬, 劉磊 申請人:上海交通大學(xué)