專利名稱：納米核殼式銅-鎳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 鎳的雙金屬粉體及其制備方法和應(yīng)用。 技術(shù)背景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(guó)內(nèi)外研究的熱門課題之一。把納米材料 應(yīng)用于潤(rùn)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)[Trenie Iznos，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(rùn)滑油中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，潤(rùn)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(rùn)滑油的摩擦學(xué)性能良好。然而，單質(zhì)納米 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(yè)， 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(huì)被氧化成土黃 色的氧化亞銅。這限制了納米銅粉在潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑脂等各領(lǐng)域中的應(yīng)用。 一般銅鎳復(fù)合粉目前應(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-鎳粉效果將會(huì) 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-鎳雙金屬粉體。 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-鎳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-鎳雙 金屬粉體在潤(rùn)滑油、導(dǎo)電材料等領(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 配位劑硫脲存在的硫酸鎳溶液混合，使鎳離子與銅發(fā)生置換反應(yīng)，并在銅 超微粒子的表面部分或全部包覆鎳，形成一種核殼式銅-鎳雙金屬納米粉體。 本發(fā)明的技術(shù)方案為納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體，其組成組分和重 量百分含量為銅60% 90%，鎳10% 40%;在所說的雙金屬粉體中，銅粒子的表面部分或全部被鎳所包覆，形成 一種銅一鎳雙金屬粉體，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10 100nm。最優(yōu)選的組成組分和重量百分含量為銅70%~80%，鎳20% ~ 30% 上述納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體的制備包括以下步驟a、將銅粉與水混合，獲得銅粉的懸濁液；所說的銅粉可以采用市售的產(chǎn)品，優(yōu)選采用文獻(xiàn)《化學(xué)通報(bào)》1996.年 第10期55 58頁(yè)，劉志杰、趙斌等人報(bào)道的技術(shù)制備，為一種納米球形 銅粉，粒徑為30~80納米；銅粉懸濁液中，銅粉的含量為2~5g/100ml;b、然后與含有鎳的包覆水溶液混合，在75 90'C的條件下，攪拌5 30分鐘，即可獲得納米核殼式銅-鎳雙金屬粉。所說的含有鎳的包覆液中，高分子保護(hù)劑的含量為5g/L 60g/L,六水 合硫酸鎳的含量為13g/L 54g/L，銅配位劑硫脲的含量為45g/L 90g/L;具體可根據(jù)銅鎳粉中的銅鎳含量決定溶液的配比，b中溶液配比根據(jù)銅 粉的取量(比如4克)和反應(yīng)產(chǎn)物中銅鎳的含量配比(比如90 : 10， 81 : 19 等)來計(jì)算溶液中硫酸鎳的用量。所說的高分子保護(hù)劑為聚乙烯吡咯垸酮(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)劑為聚乙烯吡咯垸酮(PVP)、明膠。所用的溶劑為去離子水 或蒸餾水。上述納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體可以作為潤(rùn)滑油及潤(rùn)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、磁性材料、 自潤(rùn)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-鎳雙金屬粉既克服了銅粉很容易氧 化的缺點(diǎn)，同時(shí)鎳作為一種金屬也具有極壓抗磨性能，銅鎳形成雙金屬粉 后，把它添加到潤(rùn)滑油中，其極壓抗磨性能會(huì)進(jìn)一步提高。比納米銅潤(rùn)滑 油添加劑提高了極壓抗磨性、穩(wěn)定性和減少了用量。同時(shí)還能滿足潤(rùn)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(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪、 一些金屬零件等無腐蝕性且對(duì)環(huán)境友好。它是一種新型的 潤(rùn)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(huì)效益顯著。在 粉末冶金等的應(yīng)用中比普通銅鎳復(fù)合粉的性能優(yōu)異，對(duì)現(xiàn)有使用銅鎳復(fù)合 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-鎳雙 金屬粉，采用的置換法制備技術(shù)以及在潤(rùn)滑油中做極壓抗磨添加劑、導(dǎo)電 材料方面等的應(yīng)用，國(guó)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-鎳雙金屬粉體，并將其應(yīng)用于潤(rùn)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、磁性材料、自潤(rùn)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為實(shí)施例1的納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體的粒度分布。圖2為實(shí)施例1的納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體的電鏡照片。
具體實(shí)施方式
以下將通過實(shí)施例對(duì)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(yè)，劉志杰、趙斌 等人報(bào)道的技術(shù)制備好4克納米球形銅粉，并將銅粉加100ml水?dāng)嚢璺稚?均勻；高分子保護(hù)劑PVP含量為16 g/L、六水合硫酸鎳含量為13.3g/L (鎳在
粉體中理論含量為10%)、銅配位劑硫脲含量為67g/L的混合液120ml，在 80度、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一鎳雙金屬納米粉體。由圖1、 2對(duì)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-鎳雙金屬粉，后者的顆粒稍大于前者，為包覆結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2參照實(shí)施例1制備納米球形銅粉4g，并將銅粉加100ml水?dāng)嚢璺稚⒕鶆颍?另制高分子保護(hù)劑PVP含量為16 g/L、銅配位劑硫脲含量為67g /L，六水合 硫酸鎳含量為20g/L (鎳在粉體中理論含量為15%)的混合液120ml.在 80'C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-鎳雙金屬納米粉體。激光粒度儀測(cè)試所制備粉體的粒徑，粒子的平均粒徑為70nm。粒子為 包覆結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3參照實(shí)施例1制備納米球形銅粉4g，并將銅粉加100ml水?dāng)嚢璺稚⒕?勻;另制高分子保護(hù)劑PVP含量為16g/L、銅配位劑硫脲含量為67g/L、六 水合硫酸鎳含量為26.6g/L (鎳在粉體中理論含量為20%)的混合液120ml， 在8(TC、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-鎳雙金屬粉體。激光粒度儀測(cè)試所制備粉體的粒徑，粒子的平均粒徑為60nm。粒子為 包覆結(jié)構(gòu)。 同樣的方法可制粉體中鎳含量30%、 40%等的納米銅-鎳粉實(shí)施例4按實(shí)施例2的方法制備核殼式銅-鎳雙金屬納米粉體，僅反應(yīng)溫度改為90 度。所得到的納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體經(jīng)激光粒度儀測(cè)試粉體的粒徑， 粒子的平均粒徑為65nm。粒子為包覆結(jié)構(gòu)。實(shí)施例5按實(shí)施例2的方法制備好核殼式銅-鎳雙金屬納米粉體0.015g，添加到 99.99gSN500基礎(chǔ)油中，粉體添加量為0.015%，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 Ps值為980N/GB3142 (不含添加劑的基礎(chǔ)油為647N/GB3142)。實(shí)施例6參照實(shí)施例3制備納米球形銅-鎳粉0.015g，添加到99.99g 15W40發(fā)動(dòng) 機(jī)油中，粉體添加量為0.015%，加熱攪拌l小時(shí)使其分散均勻。由四球機(jī) 實(shí)驗(yàn)可知，該潤(rùn)滑油最大無咔咬PB值為1254N/GB3142 (不含添加劑的油 為745N/GB3142)。實(shí)施例7參照實(shí)施例1制備納米球形銅粉O.lg，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， 最大無咔咬Pe值為921N/GB3142 (不含添加劑的基礎(chǔ)油為598N/GB3142)。 作為潤(rùn)滑油的極壓抗磨添加劑，納米銅-鎳粉比納米銅粉的用量減少且穩(wěn)定 性有所提高。 注納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體的應(yīng)用與普通的銅-鎳復(fù)合粉粉體應(yīng)用相 同。如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、磁性材料、自潤(rùn)滑材料、減摩材料、金 剛石工具、以及電碳制品的原料或作添加劑。這里不一一舉例說明了。
權(quán)利要求
1. 納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體，其組成組分的重量百分含量為銅60％～90％，鎳10％～40％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體，其特征是其 組成組分的重量百分含量為銅70%~80%，鎳20%~30%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體，其特征是所 述的雙金屬粉體單個(gè)粒子大小為10 100nm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米核殼式銅一鎳雙金屬粉體，其特征 是在所說的雙金屬粉體中，銅粒子的表面部分或全部被鎳所包覆，為一 種銅一鎳雙金屬粉體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體，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。
6、 權(quán)利要求1所述的納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體的制備方法，將銅粉 與水混合，獲得銅粉的懸濁液；b、然后與含有鎳的包覆水溶液混合，在75 9(TC的條件下，攪拌，即 可獲得納米核殼式銅-鎳雙金屬粉。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所說的銅粉為一種納米 球形銅粉，粒徑為40 80納米。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于銅粉懸濁液中，銅粉的含 量為2~5g/100ml。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所說的含有鎳的包覆液 中，高分子保護(hù)劑的含量為5g/L 60g/L，六水合硫酸鎳的含量為13g/L 54g/L，銅配位劑硫脲的含量為45g/L 90g/L。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的納米核殼式銅一鎳雙金屬粉體的制備方法， 其特征是所說的高分子保護(hù)劑為聚乙烯吡咯垸酮、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。
11. 權(quán)利要求1所述的納米核殼式銅-鎳雙金屬粉體作為潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑 脂極壓抗磨添加劑、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、磁性材料、自潤(rùn)滑材料、減摩材料、金剛石工具、 以及電碳制品的原料或作添加劑的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銅和鎳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鎳復(fù)合粉的使用效果。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硫酸鎳溶液混合，使鎳離子與銅發(fā)生置換反應(yīng)，并在銅超微粒子的表面部分或全部包覆鎳，形成一種核殼式銅-鎳雙金屬納米粉體。該雙金屬粉體可以作為潤(rùn)滑油及潤(rùn)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、磁性材料、自潤(rùn)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(hào)B22F1/00GK101209493SQ20061014810
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者鵬 王, 斌 趙 申請(qǐng)人:上海海聯(lián)潤(rùn)滑材料科技有限公司