專利名稱：硬脂酸絡(luò)合法制備納米級(jí)彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，屬于液相制混合金屬氧化物粉末的范疇。采用絡(luò)合 溶膠-凝膠一干燥一焙燒一氫氣還原的工藝，綜合了有機(jī)化學(xué)、膠體化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué) 及粉末冶金等相關(guān)知識(shí)，適用于各類要求良好的高溫性能或力學(xué)性能的金屬粉末制 品的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
彌散強(qiáng)化技術(shù)特別是對(duì)提高高溫合金的熱穩(wěn)定性和硬度、強(qiáng)度是十分有效的手 段，也是一般金屬提高高溫性能和力學(xué)性能的很好的方法。 一般認(rèn)為氧化物顆粒越 細(xì)小，分布越均勻，能使材料的性能提高越顯著。氧化物彌散強(qiáng)化在高性能銅合金， 高溫合金等領(lǐng)域已有非常成功的應(yīng)用實(shí)例。
目前，在制備氧化物彌散材料上主要采用機(jī)械合金化，內(nèi)氧化技術(shù)。中國(guó)發(fā)明
專利CN200610128421. 8公開(kāi)了一種內(nèi)氧化的方法制備A1A彌散強(qiáng)化銅合金材料。 中國(guó)發(fā)明專利CN94112582.3公開(kāi)了一種機(jī)械球磨合金化的方法制備彌散強(qiáng)化銅電 阻焊電極材料。文獻(xiàn)l (材料工程，1995， 4: 6)報(bào)道了，以Fe原始粉末，以Cr、 Al、 Ti、 Mo為中間合金粉末，以YA粉(d〈50nm)為第二相彌散強(qiáng)化粒子，通過(guò)機(jī) 械合金化工藝制備高溫合金。這些方法對(duì)材料的性能有一定的提高，但存在成本高， 不易控制，彌散程度不夠均勻，達(dá)不到高性能要求等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備納米氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方 法。此法的特點(diǎn)，成本低，操作易控制，制備的彌散相能均勻彌散分布在基體金屬 合金粉末中。
本發(fā)明的原理是硬脂酸是一種兩親性的有機(jī)酸,端基的羧酸基幾乎同所有金屬
離子都有較強(qiáng)的配位作用。另外由于硬脂酸的熔點(diǎn)較低(約7crc)，它本奢可以用作各 種金屬鹽的溶劑。將含基體金屬離子和彌散相金屬離子的硝酸鹽溶于熔融的硬脂酸 中，由于硬脂酸兼有配合劑和表面活性劑的雙重作用，各種金屬離子在液相可以達(dá)到 髙度均勻穩(wěn)定的混合，保證了在后續(xù)工藝處理中彌散氧化物在基體中的大小和均勻 分布。
硬脂酸絡(luò)合法制備納米級(jí)彌散強(qiáng)化金屬甩預(yù)合金粉末的方法，將三頸燒瓶固定
在電熱套內(nèi)，加入一定量的硬脂酸，通電升溫加熱；待硬脂酸完全熔解后準(zhǔn)確快速 加入含基體和彌散相金屬離子的硝酸鹽混合物，再加溫升熱，控制升溫速率；在一 定溫度下保溫，使溶液中的水分蒸發(fā)掉；繼續(xù)升溫達(dá)到一定溫度時(shí)保溫，有紅棕色 氣體溢出，溶液逐漸變粘稠，直至不再生成紅棕色的氣體；室溫冷卻后，得到的混 合物在不同的溫度下煅燒，得到氧化物混合粉末；將所得的混合物在氫氣流中選擇
還原，制得納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末。具體工藝步驟如下
a、 將三頸燒瓶固定在電熱套內(nèi)，加入一定量分析純的硬脂酸，通電升溫加熱，
待硬脂酸完全熔解，溫度控制在70-8CTC;
b、 按照n(硬脂酸)11(金屬離子)=3. 5-4:1稱取分析純的含基體和彌散相金屬離 子的硝酸鹽混合加入融熔的硬脂酸中，基體金屬硝酸鹽最終生成基體金屬，彌散相 金屬硝酸鹽最終生成彌散相氧化物；將原料折合成彌散相氧化物和基體金屬的質(zhì)量 時(shí)，氧化物彌散相占總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0. 25%—5%;
c、 加溫升熱，控制升溫速率。在IO(TC保溫，使溶液中的水分蒸發(fā)掉。繼續(xù)升 溫達(dá)到120-130'C時(shí)保溫。有紅棕色氣體溢出，溶液逐漸變粘稠，直至不再生成紅棕 色的氣體；
d、 室溫冷卻，之后于馬弗爐中300-500'C焙燒得到超細(xì)氧化物混合粉；
e、 超細(xì)氧化物混合粉在600-800'C下進(jìn)行還原，保護(hù)氣氛為氫氣，還原時(shí)間為 40-60min，得到納米級(jí)彌散相顆粒與納米級(jí)基體顆粒高度均勻混合的預(yù)合金粉末；
f、 將所得預(yù)合金粉末在900-1100Mpa壓力下鋼模壓制，然后在H2氣氛下，進(jìn) 行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100-1250°C，保溫時(shí)間為50-90 min。由于納米級(jí)氧化物的高度 均勻彌散強(qiáng)化，從而獲得了性能優(yōu)良的合金材料。
其中所用的硝酸鹽必須溶于融熔的硬脂酸，并能與硬脂酸形成配合物；在通常 條件下，基體金屬氧化物可以被氫氣還原，基體元素可為Fe、 Ni、 Co、 Cu或其合 金;在通常條件下，彌散相選擇陶瓷類金屬氧化物，不能被氫氣還原，彌散相氧化 物可為A1203、 Th02、 Y203中的一種。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
該法具有混合均勻(在原子水平上混合)，由于合成過(guò)程中不需水的參與，從而防 止了金屬離子的水解沉淀現(xiàn)象,大大拓展了該方法的應(yīng)用范圍。同醇鹽溶膠-凝膠法 相比，該方法原料來(lái)源廣、價(jià)格便宜, 一些不能水解聚合的金屬離子也可以通過(guò)該方 法制得氧化物納米晶。該法又不同于共沉淀法,各金屬元素在制備過(guò)程中不損失，而 且不會(huì)引入外來(lái)雜質(zhì)，因此產(chǎn)物的各組分含量可以通過(guò)控制原料的加入量得到精確 控制。另外,該方法生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便,生產(chǎn)周期短,是一種較理想的制備納米 級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末方法。
實(shí)施例
實(shí)施例l: 1. 0%氧化鋁彌散強(qiáng)化鐵基合金
(1) 將三頸燒瓶固定在電熱套內(nèi)，加入503克分析純的硬脂酸，通電升溫 加熱到70'C，待硬脂酸完全熔解；
(2) 稱取分析純Fe(N03)3.9H20 202克，A1(N03)3.9H20 2.1克，溶入融熔 的硬脂酸中；
(3) 加溫升熱，控制升溫速率，在100'C保溫，使溶液中的水分蒸發(fā)掉；
(4) 繼續(xù)升溫達(dá)到12(TC時(shí)保溫，有紅棕色氣體溢出，溶液逐漸變粘稠， 直至不再生成紅棕色的氣體；
(5) 室溫冷卻，之后于馬弗爐中30(TC焙燒得到超細(xì)氧化物混合粉；
(6) 將分解后的氧化物在60(TC的氫氣流中還原60min，得到納米氧化鋁 彌散的鐵粉;
(7) 將所得鐵粉在900Mpa壓力壓制，110(TC燒結(jié)90min后得到的產(chǎn)品性 能良好。
實(shí)施例2: 2. 0%氧化釔彌散強(qiáng)化鐵基合金
(1) 將三頸燒瓶固定在電熱套內(nèi)，加入503克分析純的硬脂酸，通電升溫 加熱到80'C，待硬脂酸完全熔解；
(2) 稱取分析純Fe(N03) 3.9H20 202克，Y(N03)3.6H20 1.94克，溶入融熔 的硬脂酸中；
(3) 加溫升熱，控制升溫速率，在10(TC保溫，使溶液中的水分蒸發(fā)掉；
(4) 繼續(xù)升溫達(dá)到130。C時(shí)保溫，有紅棕色氣體溢出，溶液逐漸變粘稠， 直至不再生成紅棕色的氣體；
(5) 室溫冷卻，之后于馬弗爐中50(TC焙燒得到超細(xì)氧化物混合粉；
(6) 將分解后的氧化物混合粉在800'C的氫氣流中還原40min，得到納米 氧化鋁彌散的鐵粉；
(7) 將所得鐵粉在1100Mpa壓力壓制，120(TC燒結(jié)50min后得到的產(chǎn)品性 能良好。
上例所制備的氧化物彌散強(qiáng)化金屬產(chǎn)品，工藝簡(jiǎn)單，容易控制，具有較好的高 溫性能和較高的強(qiáng)度硬度和耐磨性。
權(quán)利要求
1、硬脂酸絡(luò)合法制備納米級(jí)彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法，其特征在于用硬脂酸有機(jī)配合物做絡(luò)合劑，在融熔狀態(tài)下與基體金屬離子和彌散相金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成高度分散的溶膠；再通過(guò)熱分解的方法去除溶膠中的有機(jī)配體，得到超細(xì)氧化物混合粉末；然后將所得的混合物在氫氣流中進(jìn)行選擇還原，從而獲得了納米級(jí)彌散相顆粒與納米級(jí)基體顆粒高度均勻混合的預(yù)合金粉末；將預(yù)合金粉末經(jīng)壓制燒結(jié)后獲得性能極佳的產(chǎn)品；具體工藝步驟為a、將三頸燒瓶固定在電熱套內(nèi)，加入一定量分析純的硬脂酸，通電升溫加熱，待硬脂酸完全熔解，溫度控制在70-80℃；b、按照硬脂酸:金屬離子＝3.5-4:1稱取分析純的含基體和彌散相金屬離子的硝酸鹽混合加入融熔的硬脂酸中，基體金屬硝酸鹽最終生成基體金屬，彌散相金屬硝酸鹽最終生成彌散相氧化物；將原料折合成彌散相氧化物和基體金屬的質(zhì)量時(shí)，氧化物彌散相占總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25％—5％；c、加溫升熱，控制升溫速率，在100℃保溫，使溶液中的水分蒸發(fā)掉，繼續(xù)升溫達(dá)到120-130℃時(shí)保溫，有紅棕色氣體溢出，溶液逐漸變粘稠，直至不再生成紅棕色的氣體；d、室溫冷卻，之后于馬弗爐中300-500℃焙燒得到超細(xì)氧化物混合粉；e、超細(xì)氧化物混合粉在600-800℃下進(jìn)行還原，保護(hù)氣氛為氫氣，還原時(shí)間為40-60min，得到納米級(jí)彌散相顆粒與納米級(jí)基體顆粒高度均勻混合的預(yù)合金粉末；f、將所得預(yù)合金粉末在900-1100Mpa壓力下鋼模壓制，然后在H2氣氛下，進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100-1250℃，保溫時(shí)間為50-90min；由于納米級(jí)氧化物的高度均勻彌散強(qiáng)化，從而獲得了性能優(yōu)良的合金材料。
2、 按照權(quán)利要求1所述硬脂酸絡(luò)合法制備納米級(jí)彌散強(qiáng)化金屬用預(yù) 合金粉末的方法，其特征在于所用的硝酸鹽必須溶于融熔的硬脂酸，并 能與硬脂酸形成配合物。
3、 按照權(quán)利要求1所述硬脂酸絡(luò)合法制備納米級(jí)彌散強(qiáng)化金屬用預(yù) 合金粉末的方法，其特征在于基體金屬氧化物能被氫氣還原，基體元素 為Fe、 Ni、 Co、 Cu或其合金。
4、 按照權(quán)利要求1所述硬脂酸絡(luò)合法制備納米級(jí)彌散強(qiáng)化金屬用預(yù) 合金粉末的方法，其特征在于彌散相選擇陶瓷類金屬氧化物，不能被氫 氣還原，彌散相氧化物為A1203、 Th02、 ￥203中的一種。
全文摘要
硬脂酸絡(luò)合法制備納米級(jí)彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。將含基體和彌散相金屬離子的硝酸鹽混合物，加入到融熔的硬脂酸中。再加溫升熱，控制升溫速率。在一定溫度下保溫，使溶液中的水分蒸發(fā)掉。繼續(xù)升溫達(dá)到一定溫度時(shí)保溫。有紅棕色氣體溢出，溶液逐漸變粘稠，直至不再生成紅棕色的氣體。室溫冷卻后，得到的混合物在不同的溫度下煅燒，得到氧化物混合粉體。將所得的混合物在氫氣流中選擇還原，即得到納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用的預(yù)合金粉末。將預(yù)合金粉末壓制燒結(jié)后得到的產(chǎn)品性能較好。本發(fā)明原料來(lái)源廣、價(jià)格便宜，各組分含量可以精確控制，且設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)周期短，一些不能水解聚合的金屬離子也可以通過(guò)該方法制得氧化物納米晶。
文檔編號(hào)B22F9/26GK101391310SQ200810225898
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者吳成義, 李美霞, 楊棟華, 郭志猛 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)