专利名称：共沉淀－共还原制备超细合金粉末的方法
技术领域：
本发明属于金属合金粉末制备技术领域，特别是提供了一种共沉淀—共还原制备超细合金粉末的方法。
背景技术：
Fe、Co、Ni、Cu、Mo等粉末及其合金粉末，如Fe-Ni、Ni-Cu、Fe-Ni-Cu、Ni-Co、Fe-Ni-Mo等，被广泛应用于粉末冶金各行各业。雾化法是制备合金粉末的常用方法，其优点是可以通过熔炼合成各种成分的合金粉末，但是雾化法制备的合金粉末一般粒度较粗，烧结性能不是很好。一些粉末冶金制品需要在较低的烧结温度下完成烧结，例如热压烧结金刚石工具，过高的烧结温度会导致金刚石的石墨化，所以需要使用粒度小于2～5μm的合金粉末以降低烧结温度。在粉末注射成形工艺中，将粗粉和细粉搭配使用，可以大幅度提高装载量。更为重要的是，使用超细合金粉末经低温烧结所得的细晶粒粉末冶金制品具有常规制品无可比拟定高强度和高韧性，而制备超细合金粉末是得到细晶粒粉末冶金制品的关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共沉淀—共还原制备超细合金粉末的方法，实现了合金粉末粒度可控、分布均匀，烧结性能优异，并适用于工业化生产。
本发明首先通过液相共沉淀制备各种合金成分的前驱体粉末，前驱体粉末经煅烧得到纳米级金属氧化物复合粉末，再将纳米级金属氧化物复合粉末在工业管式还原炉内用氢气或分解氨进行还原，在还原过程同时完成合金化过程，得到超细合金粉末。具体制备工艺为1.共沉淀制备前驱体粉末将可溶性金属(Fe、Co、Ni、Cu、Mo)的硝酸盐、硫酸盐或氯化物与去离子水配置为水溶液。根据合金粉末成分的需要，各种金属质量比可为任意比例，水溶液中各种金属离子的浓度为0～10mol/L。用计量泵将上述金属盐水溶液注入反应釜中，然后按化学计量比将碱性溶液(如氢氧化钠、氨水、碳酸铵等)注入反应釜与金属盐水溶液混合，调整溶液PH值＞8，反应生成Fe、Co、Ni、Cu、Mo的氢氧化物或碳酸盐共沉淀，沉淀物经3～5次洗涤、抽滤，得到共沉淀前驱体粉末。
若共沉淀中的杂质组分可在煅烧阶段直接分解，例如Ni、Co硝酸盐加入碳酸铵共沉淀反应产物为碳酸镍、碳酸钴和硝酸铵，硝酸铵可通过煅烧分解，可以省略洗涤步骤，直接将抽滤得到的共沉淀进行煅烧。
2.煅烧前驱体制备纳米金属氧化物复合粉末将前驱体粉末在马弗炉内在150～400℃的温度下煅烧1～4小时，目的是使得水分挥发，杂质、氢氧化物或碳酸盐分解，获得纳米金属氧化物复合粉末。
3.共还原制备合金粉末将纳米金属氧化物复合粉末在工业管式还原炉内用氢气或分解氨还原，还原温度为400～1000℃，氢气或分解氨的截面流量为10～40ml/cm2·min，高温区停留时间为30～90分钟，被还原出的金属在还原温度下通过扩散完成合金化过程，获得合金粉末。可通过调节还原温度和氢气流量控制还原产物合金粉末的粒度，获得平均粒度为0.8～5.0μm的合金粉末。
4.产品处理出炉后产品由于粒度较细，表面能大，活性很高，容易氧化而增加含氧量，甚至自燃，应立即以每kg粉末喷入5～15ml丙酮—油酸混合液，并真空封装。
本发明的优点在于(1)从生产技术上提供了一种可工业化大规模生产合金粉末的新技术；(2)工艺、设备简单，成本低；(3)在可氢还原金属范围内适用于任意成分配比合金粉末生产；(4)生产的合金粉末粒度细，粒度分布均匀，烧结性能优异。
(5)生产的合金粉末粒度可控。
具体实施例方式
实施例1以九水硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、六水硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)及氨水为原料，制备超细Fe75-Ni25合金粉末，应按如下步骤完成1.按质量比(Fe(NO3)3·9H2O)∶(Ni(NO3)2·6H2O)＝541∶114的比例称取原料，加入去离子水，配置为Fe3+浓度为1.34mol/L，Ni2+浓度为0.43mol/L的水溶液。用计量泵将此溶液注入反应釜中。按1L硝酸铁镍溶液加入2.44L浓度为2mol/L的氨水的比例，通过计量泵注入氨水于反应釜中，加以搅拌，调整溶液PH值＞8，发生反应生成铁、镍的氢氧化物共沉淀。
2.沉淀经抽滤移入马弗炉内，在300℃的温度下煅烧2h，使铁、镍的氢氧化物和硝酸铵分解，得到纳米级铁、镍复合氧化物粉末。
3.将纳米级铁、镍复合氧化物粉末在管式还原炉内用氢气(或分解氨)还原。通过调整还原温度、氢气流量、保温时间可得到0.8～5.0μm的超细合金粉末。例如在还原温度为1000℃，氢气截面流量20ml/cm2·min，高温区滞留时间30min的条件下，可得到平均粒度为5μm的超细Fe75-Ni25合金粉末；在还原温度为800℃，氢气截面流量20ml/cm2·min，高温区滞留时间40min的条件下，可得到平均粒度为2.5μm的超细Fe75-Ni25合金粉末；在还原温度为600℃，氢气截面流量30ml/cm2·min，高温区滞留时间60min的条件下，可得到平均粒度为1.5μm的超细Fe75-Ni25合金粉末；在还原温度为400℃，氢气截面流量40ml/cm2·min，高温区滞留时间90min的条件下，可得到平均粒度为0.8μm的超细Fe75-Ni25合金粉末。
4.出炉后产品立即立即以每kg粉末喷入10ml丙酮—油酸混合液并真空封装，防止氧化自燃。
实施例2以无水硫酸铁(Fe2(SO4)3)、无水硫酸镍NiSO4及氢氧化钠(NaOH)为原料，制备超细Fe70-Ni30合金粉末，应按如下步骤完成1.按质量比Fe2(SO4)3∶NiSO4＝250∶79的比例称取原料，加入去离子水，配置为Fe3+浓度为1.25mol/L，Ni2+浓度为0.51mol/L的水溶液。用计量泵将此溶液注入反应釜中。按1L硫酸铁镍溶液加入2.39L浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液的比例，通过计量泵注入氢氧化钠溶液于反应釜中，加以搅拌，调整溶液PH值＞8，发生反应生成铁、镍的氢氧化物共沉淀。
2.将沉淀抽滤，加入去离子水洗涤，再抽滤、洗涤几次循环，用BaCl2溶液检测滤液中的SO42-离子，至滤液SO42-浓度降低至不可检测为止。
3.抽滤后沉淀移入马弗炉内，在150℃的温度下煅烧2h，使水分挥发，铁、镍的氢氧化物分解，得到纳米级铁、镍复合氧化物粉末。
4.同实施例1步骤3。可得到平均粒度为0.8～5.0μm的超细Fe70-Ni30合金粉末。
5.同实施例1步骤4。
实施例3以六水硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)、六水硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)及碳酸铵((NH4)2CO3·H2O)为原料，制备超细Ni80-Co20合金粉末，应按如下步骤完成1.按质量比(Ni(NO3)2·6H2O)∶(Co(NO3)2·6H2O)＝4∶1的比例称取原料，加入去离子水，配置为Ni2+浓度为1.36mol/L，Co2+浓度为0.34mol/L的水溶液。通过计量泵将此溶液注入反应釜中。按1L镍钴溶液加入1.75L浓度为1mol/L的碳酸铵溶液的比例，通过计量泵注入碳酸铵溶液于反应釜中，加以搅拌，调整溶液PH值＞8，发生反应生成镍、钴的碳酸盐共沉淀。
2.同实施例1步骤2，得到纳米级镍、钴复合氧化物粉末。
3.同实施例1步骤3，可得到平均粒度为0.8～5.0μm的超细Ni80-Co20合金粉末。
4.同实施例1步骤4。
实施例4以三氯化铁(FeCl3)、六水氯化镍(NiCl2·6H2O)、二水氯化铜(CuCl2·2H2O)及氢氧化钠(NaOH)为原料，制备超细Fe40-Ni20-Cu40合金粉末，应按如下步骤完成1.按质量比FeCl3∶(NiCl2·6H2O)∶(CuCl2·2H2O)＝115∶81∶107的比例称取原料，加入去离子水，配置为Fe3+浓度为0.71mol/L，Ni2+浓度为0.34mol/L，Cu2+浓度为0.63mol/L，的水溶液。用计量泵将此溶液注入反应釜中。按1L氯化铁、镍、铜溶液加入2.04L浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液的比例，通过计量泵注入氢氧化钠溶液于反应釜中，加以搅拌，调整溶液PH值＞8，发生反应生成铁、镍的氢氧化物共沉淀。
2.将沉淀抽滤，加入去离子水洗涤，再抽滤、洗涤几次循环，用AgNO3溶液检测滤液中的Cl-离子，至滤液Cl-浓度降低至不可检测为止。
3.抽滤后沉淀移入马弗炉内，在150℃的温度下煅烧2h，使水分挥发，铁、镍、铜的氢氧化物分解，得到纳米级铁—镍—铜复合氧化物粉末。
4.同实施例1步骤3。可得到平均粒度为0.8～5.0μm的超细Fe40-Ni20-Cu40合金粉末。
5.同实施例1步骤4。
权利要求
1.一种共沉淀-共还原制备超细合金粉末的方法，其特征在于制备工艺为a、共沉淀制备前驱体粉末将可溶性金属Fe、Co、Ni、Cu或Mo的硝酸盐、硫酸盐或氯化物与去离子水配置为水溶液，水溶液中各种金属离子的浓度为0～10mol/L，在反应釜中将金属盐水溶液与碱性溶液混合，调整溶液PH值，反应生成Fe、Co、Ni、Cu、Mo的氢氧化物或碳酸盐共沉淀，沉淀物经3～5次洗涤、抽滤，得到共沉淀前驱体粉末；所述的碱性溶液为氢氧化钠、氨水或碳酸铵；b、煅烧前驱体制备纳米金属氧化物复合粉末将前驱体粉末在马弗炉内在150～400℃的温度下煅烧1～4小时，获得纳米金属氧化物复合粉末；c、共还原制备合金粉末将纳米金属氧化物复合粉末在工业管式还原炉内用氢气或分解氨还原，还原温度为400～1000℃，氢气或分解氨的截面流量为10～40ml/cm2·min，保温时间为30～90分钟，被还原出的金属在还原温度下通过扩散完成合金化过程，获得合金粉末，平均粒度为0.8～5.0μm的合金粉末；d、产品处理出炉后，以每kg粉末喷入5～15ml丙酮-油酸混合液，真空封装。
全文摘要
本发明提供了一种共沉淀—共还原制备超细合金粉末的方法，属于金属合金粉末制备技术领域。首先通过液相共沉淀制备各种合金成分的前驱体粉末，前驱体粉末经煅烧得到纳米级金属氧化物复合粉末，再将纳米级金属氧化物复合粉末在工业管式还原炉内用氢气或分解氨进行还原，在还原过程同时完成合金化过程，得到超细合金粉末。实现了合金粉末粒度可控、分布均匀，烧结性能优异，并适用于工业化生产。本发明的优点在于实现了合金粉末粒度可控、分布均匀，烧结性能优异，工艺、设备简单，成本低，适用于工业化生产。
文档编号B22F9/16GK1830606SQ20061001169
公开日2006年9月13日 申请日期2006年4月14日 优先权日2006年4月14日
发明者郭志猛, 罗骥, 林涛, 郝俊杰 申请人:北京科技大学