專利名稱：用于碳鋼表面合金化的納米氧化鎳粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于碳鋼表面合金化的納米氧化鎳粉體的制備方法，屬于無機(jī)金 屬氧化物納米粉體制造工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于生活水平的提高，人們對于高表面性能、高耐蝕性能、經(jīng)濟(jì)、美觀的金屬材料 的需求與日俱增。為了改善銅材、鋁材、碳鋼等金屬材料的表面性能，金屬材料一般都要進(jìn) 行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?，這樣既能提高金屬制品質(zhì)量，也能降低制備成本。由于在碳鋼表面進(jìn)行 鎳合金化能提高碳鋼的各種表面性能，如提高表面的耐蝕性、耐磨性、抗疲勞性、抗氧化性、 防輻射性等，人們對于鎳合金化的興趣越來越大，同時對鎳基粉體的制備也越來越重視。納米氧化鎳作為一種功能材料，具有晶粒尺寸小、比表面積高、量子效應(yīng)明顯和表 面微結(jié)構(gòu)在納米尺度上的可調(diào)性等特點，因而在表面處理、電極材料等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng) 用前景。制備氧化鎳的常規(guī)方法，如化學(xué)還原法、溶膠凝膠法等，存在諸如團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重、粉 體粒徑不均、化學(xué)均勻性差等缺點，這對進(jìn)一步進(jìn)行表面處理帶來了阻礙。專利申請?zhí)枮?02148673. 5的中國專利申請“一種在水溶液中用化學(xué)還原法制備納米鎳及其合金粉體的方 法”，該方法得到的鎳顆粒的數(shù)均粒徑在50納米以上，在使用過程中，會進(jìn)一步團(tuán)聚，粒度增 大，純度下降，影響其使用性能。同時其還原劑采用了無機(jī)還原性能很強(qiáng)的還原劑，也不利 于合成粒徑小的顆粒，而且具有一定的毒性，容易造成環(huán)境污染，類似的問題，也存在于專 利申請?zhí)枮?1107728. X的專利申請技術(shù)中。近年來，超聲波因其操作簡單、易于控制、周期短、效率高等優(yōu)點已在納米材料的 制備方面日益受到重視。超聲波的機(jī)械作用、空化作用和熱作用使晶團(tuán)、樹枝狀晶破碎和分 散，使每一個晶體形成許多新的晶核；并且功率超聲的空化作用和傳統(tǒng)攪拌技術(shù)相比，更容 易實現(xiàn)介觀均勻混合，同時超聲的熱效應(yīng)也能夠起到提高反應(yīng)速度，加快晶核生成的作用， 使反應(yīng)在溶液中均勻進(jìn)行，并使晶體的生長和顆粒的團(tuán)聚得到有效控制，消除局部濃度不 勻，提高反應(yīng)速度，刺激新相的形成，對團(tuán)聚體還可以實現(xiàn)剪切作用，超聲波的這些特點決 定了它在超細(xì)粉體材料制備中的廣泛應(yīng)用。本文將介紹一種結(jié)合超聲技術(shù)，用于碳鋼表面合金化處理的納米氧化鎳粉體的制 備方法。將該方法制備得到的納米氧化鎳粉體應(yīng)用于碳鋼表面處理工藝上，通過實例比較， 碳鋼的表面硬度，粗糙度及耐腐蝕性能均得到明顯提高，達(dá)到提高表面性能的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合超聲技術(shù)，用于碳鋼表面合金化處理的納米氧 化鎳粉體的制備方法。本發(fā)明一種用于碳鋼表面合金化的納米氧化鎳粉體的制備方法，其特征在于具有 以下的工藝過程和步驟a，采用鎳鹽為原料，配制成一定濃度的溶液，然后加入一定量的沉淀劑，再加入添加劑；在超聲和磁力攪拌條件下相互混合于去離子水中，使所有固體物全部溶解，生成一種 藍(lán)色配合物溶液；b，將上述配合物溶液放在燒杯中，于70 80°C水浴加熱反應(yīng)1 2h，溶液變成綠 色懸濁液；所用的原料鎳鹽為NiCl2，NiS04和Ni (N03) 2中的任一種；所用的沉淀劑為Na0H、NH4HC03、氨水和尿素中的任一種；所用的添加劑為溴化十六烷基三甲基銨(CTAB)、聚乙二醇(PEG)中的任一種；鎳鹽原料與沉淀劑兩者用量的質(zhì)量比控制在1 2 1 4之間；c，將上述綠色懸浮液進(jìn)行離心分離，所得沉淀分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌3 6次后，在60 80°C真空干燥10 15h，得到淺綠色粉末狀前驅(qū)體；d，將上述所得的前驅(qū)體放在超聲器中超聲處理15 30分鐘后，置于400°C 500°C馬弗爐中煅燒2 3小時，最終制得氧化鎳納米粉末。所述的鎳鹽溶液的濃度為:NiCl2 2 8mg/L ；NiS04 5 10mg/L ；Ni _2 10 15mg/L ；所用的沉淀劑的濃度為NaOH :4 30mg/L ；NH4HC03 :4 32mg/L ；氨水10 45mg/ L ；尿素6 45mg/L。添加劑濃度為3mg/L。所述的超聲器為19W，40kHz，磁力攪拌速度保持在300轉(zhuǎn)/分。本發(fā)明方法制得的氧化鎳粉體未見有團(tuán)聚現(xiàn)象。將該納米粉體噴涂于碳鋼板上， 可觀察到其能均勻分散。將均勻涂覆有納米氧化鎳粉體的碳鋼板，置于還原氣氛下進(jìn)行表 面合金化；將該經(jīng)合金化處理后的鋼板與未合金化處理的裸鋼板進(jìn)行比較，可發(fā)現(xiàn)前者碳 鋼的表面硬度，粗糙度及耐腐蝕性能均得到明顯提高。
具體實施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例進(jìn)一步詳細(xì)敘述于后。實施例一納米氧化鎳粉體制備首先取5mg NiCl2置于1L水中，依次加入10mg NaOH和3mg CTAB，在超聲和磁力 攪拌條件下反應(yīng)至所有固體物全部溶解，并生成藍(lán)色溶液。然后將溶液裝入燒杯中，于75°C 水浴加熱反應(yīng)2h，溶液變成綠色懸濁液后，離心分離，所得沉淀分別用蒸餾水和無水乙醇洗 滌4次后，在80°C真空干燥15h后得到前驅(qū)體。最后將前驅(qū)體放在超聲器中干超30分鐘 后，置于400°C馬弗爐中煅燒3小時，得到納米氧化鎳粉末。對比試驗取兩塊碳鋼板，一號碳鋼表面均勻噴涂有納米氧化鎳粉體，在還原氣氛 下進(jìn)行表面合金化。二號未進(jìn)行表面合金化處理。通過表面顯微硬度測試比較兩塊鋼板的 表面硬度，可知一號鋼板表面硬度為112Hv，二號為87Hv ；進(jìn)行粗糙度測試后可知一號粗糙 度為0. 087 u m, 二號為0. 023 u m ；根據(jù)GB/T10125-1997《人造氣氛腐蝕試驗一鹽霧試驗》 進(jìn)行耐腐蝕測試，一號鋼板在中性鹽霧試驗中開始出現(xiàn)腐蝕的時間為72小時，二號為56小 時。實施例二納米氧化鎳粉體制備首先取10mg NiS04置于1L水中，依次加入30mg NH4HC03和3mg CTAB,在超聲和磁力攪拌條件下反應(yīng)至所有固體物全部溶解，并生成藍(lán)色溶液。然后將溶液裝入燒杯中，于 80°C水浴加熱反應(yīng)2h，溶液變成綠色懸濁液后，離心分離，所得沉淀分別用蒸餾水和無水乙 醇洗滌4次后，在80°C真空干燥15h后得到前驅(qū)體。最后將前驅(qū)體放在超聲器中干超20分 鐘后，置于450°C馬弗爐中煅燒3小時，得到納米氧化鎳粉末。對比試驗同實施例一。可得一號鋼板表面硬度為120Hv，二號為83Hv ；進(jìn)行粗糙度 測試后可知一號粗糙度為0. 075 u m, 二號為0. 061 ii m ；根據(jù)GB/T10125-1997《人造氣氛腐 蝕試驗一鹽霧試驗》進(jìn)行耐腐蝕測試，一號鋼板在中性鹽霧試驗中開始出現(xiàn)腐蝕的時間為 72小時，二號為50小時。實施例三納米氧化鎳粉體制備首先取12mg Ni(N03)2置于1L水中，依次加入24mg氨水和3mg PEG，在超聲和磁力 攪拌條件下反應(yīng)至所有固體物全部溶解，并生成藍(lán)色溶液。然后將溶液裝入燒杯中，于75°C 水浴加熱反應(yīng)lh，溶液變成綠色懸濁液后，離心分離，所得沉淀分別用蒸餾水和無水乙醇洗 滌4次后，在80°C真空干燥15h后得到前驅(qū)體。最后將前驅(qū)體放在超聲器中干超20分鐘 后，置于400°C馬弗爐中煅燒3小時，得到納米氧化鎳粉末。對比試驗同實施例一?？傻靡惶栦摪灞砻嬗捕葹?23Hv，二號為81Hv ；進(jìn)行粗糙度 測試后可知一號粗糙度為0. 083 u m, 二號為0. 054 u m ；根據(jù)GB/T10125-1997《人造氣氛腐 蝕試驗一鹽霧試驗》進(jìn)行耐腐蝕測試，一號鋼板在中性鹽霧試驗中開始出現(xiàn)腐蝕的時間為 72小時，二號為52小時。實施例四納米氧化鎳粉體制備首先取10mg Ni(N03)2置于1L水中，依次加入40mg尿素和3mg PEG，在超聲和磁力 攪拌條件下反應(yīng)至所有固體物全部溶解，并生成藍(lán)色溶液。然后將溶液裝入燒杯中，于80°C 水浴加熱反應(yīng)lh，溶液變成綠色懸濁液后，離心分離，所得沉淀分別用蒸餾水和無水乙醇洗 滌4次后，在80°C真空干燥15h后得到前驅(qū)體。最后將前驅(qū)體放在超聲器中干超30分鐘 后，置于450°C馬弗爐中煅燒3小時，得到納米氧化鎳粉末。對比試驗同實施例一?？傻靡惶栦摪灞砻嬗捕葹?25Hv，二號為86Hv ；進(jìn)行粗糙度 測試后可知一號粗糙度為0. 086 u m, 二號為0. 053 u m ；根據(jù)GB/T10125-1997《人造氣氛腐 蝕試驗一鹽霧試驗》進(jìn)行耐腐蝕測試，一號鋼板在中性鹽霧試驗中開始出現(xiàn)腐蝕的時間為 72小時，二號為54小時。實施例五納米氧化鎳粉體制備首先取6mg NiCl2置于1L水中，依次加入18mg尿素和和3mg PEG,在超聲和磁力 攪拌條件下反應(yīng)至所有固體物全部溶解，并生成藍(lán)色溶液。然后將溶液裝入燒杯中，于80°C 水浴加熱反應(yīng)2h，溶液變成綠色懸濁液后，離心分離，所得沉淀分別用蒸餾水和無水乙醇洗 滌4次后，在80°C真空干燥15h后得到前驅(qū)體。最后將前驅(qū)體放在超聲器中干超20分鐘 后，置于500°C馬弗爐中煅燒3小時，得到納米氧化鎳粉末。對比試驗同實施例一?？傻靡惶栦摪灞砻嬗捕葹?30Hv，二號為83Hv ；進(jìn)行粗糙度 測試后可知一號粗糙度為0. 091 ii m, 二號為0. 061 ii m ；根據(jù)GB/T10125-1997《人造氣氛腐蝕試驗一鹽霧試驗》進(jìn)行耐腐蝕測試，一號鋼板在中性鹽霧試驗中開始出現(xiàn)腐蝕的時間為 72小時，二號為56小時。
權(quán)利要求
一種用于碳鋼表面合金化的納米氧化鎳粉體的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟a，采用鎳鹽為原料，配制成一定濃度的溶液，然后加入一定量的沉淀劑，再加入添加劑；在超聲和磁力攪拌條件下相互混合于去離子水中，使所有固體物全部溶解，生成一種藍(lán)色配合物溶液；b，將上述配合物溶液放在燒杯中，于70～80℃水浴加熱反應(yīng)1～2h，溶液變成綠色懸濁液；所用的原料鎳鹽為NiCl2，NiSO4和Ni(NO3)2中的任一種；所用的沉淀劑為NaOH、NH4HCO3、氨水和尿素中的任一種；所用的添加劑為溴化十六烷基三甲基銨(CTAB)、聚乙二醇(PEG)中的任一種；鎳鹽原料與沉淀劑兩者用量的質(zhì)量比控制在1∶2～1∶4之間；c，將上述綠色懸浮液進(jìn)行離心分離，所得沉淀分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌3～6次后，在60～80℃真空干燥10～15h，得到淺綠色粉末狀前驅(qū)體；d，將上述所得前驅(qū)體放在超聲器中超聲處理15～30分鐘后，置于400℃～500℃馬弗爐中煅燒2～3小時，最終制得氧化鎳納米粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于碳鋼表面合金化的納米氧化鎳粉體的制備方法，其特 征在于所述的鎳鹽溶液的濃度為:NiCl2 :2 8mg/L ；NiS04 :5 10mg/L ；Ni (N03)2 :10 15mg/L；所用的沉淀劑的濃度為NaOH 4 30mg/L ；NH4HC03 4 32mg/L ；氨水10 45mg/L ； 尿素6 45mg/L。添加劑的濃度為3mg/L。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于碳鋼表面合金化的納米氧化鎳粉體的制備方法，其特 征在于所述的超聲器為19W，40kHz ；磁力攪拌速度保持在300轉(zhuǎn)/分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于碳鋼表面合金化的納米氧化鎳粉體的制備方法，屬于無機(jī)金屬氧化物納米粉體制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用鎳鹽為原料，配制成一定濃度的溶液，然后加入一定量的沉淀劑，再加入添加劑；在超聲和磁力攪拌條件下相互混合于去離子水中，使固體全部溶解，然后于70～80℃水浴加熱反應(yīng)1～2小時后得懸浮液，將該懸浮液離心分離，所得沉淀用蒸餾水和無水乙醇分別洗滌數(shù)次后在60～80℃真空干燥，得到前驅(qū)體；將所述前驅(qū)體放在超聲器中超聲處理15～30分鐘后，置于400℃～500℃馬弗爐中煅燒2～3小時，最終制得氧化鎳納米粉末。所述的鎳鹽原料與沉淀劑兩者用量的質(zhì)量比為1∶2～1∶4。本發(fā)明納米氧化鎳粉體涂覆的碳鋼板，經(jīng)還原合金化處理后，其可獲得較高的表面硬度，粗糙度及耐腐蝕性能。
文檔編號C01G53/04GK101857279SQ20101021571
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者周瓊宇, 杜海龍, 林海, 盛敏奇, 鐘慶東 申請人:上海大學(xué)