专利名称：一种制备Cu/Sn包覆铁粉末的方法
技术领域：
本发明涉及一种Cu/Sn包覆铁粉末的制备方法，具体涉及通过控制主盐浓 度，选择复合添加剂，调节镀液pH值和温度，实现在铁粉表面依次定量包覆18 ± 2。/。Cu和2 ± 0. 3"/nSn的方法。
背景技术：
包覆粉末是一种新型的多相复合的粉末合金材料，它品种众多、性能独特， 已广泛地用于国防工业、机械制造、化学工业等领域。包覆粉末在微观上具有 多相性，包覆完整，可按不同需求突出各组分的特点；在宏观上具有均一性， 可使产品金相结构均匀，大大减少或消除混合不均匀所造成的产品成分组织不 一、性能不稳定的弊病。另外，包覆粉末还可以改变粉末的表面特性，从而改 善粉末的工艺性能，制备性能更优异的粉末冶金材料和制品。
传统的含油轴承原料采用混合铁粉和青铜粉，不可避免地产生成分及金相 组织偏析,造成硬质相及性能的不均匀性，导致轴承运行噪音升高和使用寿命缩 短，因此以铁粉为原料，研发制备Cu-Sn/Fe复合粉的技术，可以从根本上克服传 统的机械混合粉末的缺点，有效地解决含油轴承产品的化学成分及组织偏析问 题。
目前，工业上常采用铜、锡共沉积的方法制备Cu-Sn/Fe复合粉末。共沉积 法简化了工艺程序，其主要缺点在于对铜盐，尤其是亚锡盐的利用率较低，镀 层致密性较差。本发明方法依次在铁粉表面包覆铜层和锡层，对铜盐及亚锡盐 的利用率达到90°/ 以上，大大节省了成本，并可以获得致密、连续、完整的镀层， 该种方法目前还未见^艮道。
发明内容
本发明的目的是提供一种Cu/Sn包覆铁粉末的方法，该法通过控制主盐浓
度，选择复合添加剂，调节镀液pH值和温度，在铁粉表面依次定量包覆18土2。/。Cu 和2±0. 3%Sn,有制备工艺简单、成本低的优点。
本发明的技术方案是先将经过酸洗的铁粉与含有复合添加剂乙酸钠、丙 稀基硫脲、聚乙二醇的硫酸铜镀液混合，乙酸钠、丙稀基硫脲、聚乙二醇的质 量比为30:1:10。室温下在搅拌条件下反应，制得Cu/Fe包覆粉末。然后将制得 的Cu/Fe包覆粉末与含有添加剂的氯化亚锡镀液混合，调节镀液的温度为80-90 。C和pH值为1. 2 1. 5，在搅拌条件下反应，最终获得Cu/Sn包覆铁粉末。
本发明的技术效果
1) 本发明将铜与锡均匀地包覆在铁粉表面，为制备具有优良性能粉末冶金 制品提供了可能。
2) 本发明通过选择、对比实验，研究出了合适的置换镀铜和锡的复合添加 剂，可以获得致密均匀的镀层。
3) 本发明通过改变主盐的浓度，调节镀液的温度及pH值，可以实现铜和 锡定量包覆在铁粉表面，且工艺简单，Cu"和Sn"离子的利用率均可达到90%以 上，节约了成本。
用本发明方法Cu/Sn包覆铁粉末进行扫描电镜、能语分析以及波镨分析方 法测定，扫描电镜结果表明包覆层与内层的界面比较明显，且比较连续完整。 能谱分析及波谱分析结果，表明复合粉末主要含有铁、铜及锡单质，内层为铁 颗粒，包覆层主要为铜和锡单质。
图1是本发明的Cu/Sn包覆铁粉末制备的工艺流程图2是本发明的Cu/Sn包覆铁粉末的衍射谱；
图3是本发明的Cu/Sn包覆铁粉末的断面金相照片；
图4是本发明的Cu/Sn包覆铁粉末断面扫描电镜照片；
具体实施例方式
Cu/Sn包覆4失粉末的制备主要为以下过程，参见图1:
1) 酸洗将浓度为36%的盐酸稀释成浓度为1%的盐酸，加入铁粉并搅拌3 分钟，以除去铁粉表面的氧化物及油污，洗净待用。
2) Cu/Fe包覆粉末的制备将硫酸铜溶解于水中，并在溶液中加入添加剂 乙酸钠、丙稀基硫脲、聚乙二醇，温度保持在室温，pH-2左右，得到镀液1。 然后将镀液1与预处理过的铁粉混合，在搅拌条件下进行反应2~5分钟；反应 结束，将复合粉末与废液分离，用水进行多次清洗，制得Cu/Fe核-壳式包覆粉 末。
3) Cu/Sn包覆铁粉末的制备先将柠檬酸溶于适量水中，待完全溶解后加 入SnCl2 . 2H20，搅拌使之充分溶解(注意不能将SnCl2 . 21120直接溶于水中， 否则Sn"离子会水解生成大量白色沉淀)，并在溶液中在入分散剂聚乙二醇。 调节镀液的pH值为1.2-1.5,温度为80 9(TC,得到镀液2。然后将镀液2与已 制得的Cu/Fe包覆粉末混合，在搅拌条件下进行反应2 5分钟。待反应结束后， 将复合粉末与废液分离，用水进行多次清洗，最后在80 100。C进^f亍真空干燥， 即得Cu/Sn包覆铁粉末。
实施例1
称量15g硫酸铜溶解于少量水中，形成硫酸铜溶液，在所述溶液中加入复 合添加剂1.5g乙酸钠，0. 05g丙稀基硫脲，0. 5g聚乙二醇，充分混匀后，调 节溶液的pH为2左右，并补充水至100ml，得到蓝色镀液1。将镀液1保持在 室温，并与预处理过的20g铁粉混合，打开搅拌器在400r/min的条件下进行置 换反应Fe+Cu2+ —Cu+Fe2+。待镀液的蓝色逐渐消失，铁粉由灰白色变为棕红色 时，反应结束，洗净，即得Cu/Fe核-壳式包覆粉末。
称量3g柠檬酸溶解于少量水中，形成柠檬酸溶液；称量0. 5g氯化亚锡在边 加边搅拌的条件下溶解在上述溶液中，并加入O. 5g聚乙二醇；充分混匀后调节 镀液的pH-1.2,并补充水至100ml，得到镀液2。将镀液2的温度调节为80°C, 并与已制得的10g Cu/Fe包覆粉末混合，打开搅拌器在400r/min的条件下进行 置换反应Fe+Sn2+ —Sn+Fe2+,待Cu/Fe包覆粉末由棕红色逐渐完全变为银白色
时，反应结束，洗净，干燥，获得Cu/Sn包覆铁粉末。
经检测，Cu/Sn包覆铁粉末中铜和锡的百分含量分别为17.4%, 1.78%。镀 液中Sn"离子的转化率为70%。
实施例2
称量15g硫酸铜溶解于少量水中，形成硫酸铜溶液，在所述溶液中加入复 合添加剂1. 5g乙酸钠；0. 05g丙稀基辟b脲，0. 5g聚乙二醇，充分混匀后，调 节溶液的pH为2左右，并补充水至100ml，得到蓝色镀液l。将镀液l保持在 室温，并与预处理过的20g4失粉混合，打开搅拌器在400r/oiin的条件下进行置 换反应Fe+Cu2+ —Cu+Fe2+。待镀液的蓝色逐渐消失，铁粉由灰白色变为棕红色 时，反应结束，洗净，即得Cu/Fe核-壳式包覆粉末。
称量3g杵檬酸溶解于少量水中，形成柠檬酸溶液；称量0. 5g氯化亚锡在边 加边搅拌的条件下溶解在上述溶液中，并加入O. 5g聚乙二醇；充分混匀后调节 镀液的pH-1.2，并补充水至100ml，得到镀液2。将镀液2的温度调节为S5。C， 并与已制得的10g Cu/Fe包覆粉末混合，打开搅拌器在400r/min的条件下进行 置换反应Fe+Sn2+ —Sn+Fe2+，待Cu/Fe包覆粉末由棕红色逐渐完全变为银白色 时，反应结束，洗净，干燥，获得Cu/Sn包覆铁粉末。
经检测，Cu/Sn包覆铁粉末中铜和锡的百分含量分别为17.7%, 2.3%。镀 液中Sn"离子的转化率为90°/。。
实施例3
称量15g硫酸铜溶解于少量水中，形成硫酸铜溶液，在所述溶液中加入复 合添加剂1. 5g乙酸钠，0. 05g丙稀基硫脲，0. 5g聚乙二醇，充分混匀后，调 节溶液的pH为2左右，并补充水至100ml，得到蓝色镀液l。将镀液l保持在 室温，并与预处理过的20g铁粉混合，打开搅拌器在400r/min的条件下进行置 换反应Fe+Cu2+ —Cu+Fe2+。待镀液的蓝色逐渐消失，铁粉由灰白色变为棕红色 时，反应结束，洗净，即得Cu/Fe核-壳式包覆粉末。
称量3g柠檬酸溶解于少量水中，形成柠檬酸溶液；称量0. 5g氯化亚锡在边 加边搅拌的条件下溶解在上述溶液中，并加入O. 5g聚乙二醇；充分混勻后调节
镀液的pH-1.2，并补充水至100ml，得到镀液2。将镀液2的温度调节为90°C， 并与已制得的10g Cu/Fe包覆粉末混合，打开搅拌器在400r Anin的条件下进行 置换反应Fe+Sn2+—Sn+Fe2+，待Cu/Fe包覆粉末由棕红色逐渐完全变为银白色 时，反应结束，洗净，干燥，获得Cu/Sn包覆铁粉末。
经检测，Cu/Sn包覆铁粉末中铜和锡的百分含量分别为18.2%， 2.4%。镀 液中Sn"离子的转化率为93°/。。
实施例4
称量15g硫酸铜溶解于少量水中，形成硫酸铜溶液，在所述溶液中加入复 合添加剂1.5g乙酸钠，0. 05g丙稀基^E克脲，0. 5g聚乙二醇，充分混匀后，调 节溶液的pH为2左右，并补充水至100ml,得到蓝色镀液1。将镀液1保持在 室温，并与预处理过的20g铁粉混合，打开搅拌器在400r/min的条件下进行置 换反应Fe+Cu2+ —Cu+Fe2+。待镀液的蓝色逐渐消失，铁粉由灰白色变为棕红色 时，反应结束，洗净，即得Cu/Fe核-壳式包覆粉末。
称量3g柠檬酸溶解于少量水中，形成柠檬酸溶液；称量0. 5g氯化亚锡在边 加边搅拌的条件下溶解在上述溶液中，并加入O. 5g聚乙二醇；充分混勻后调节 镀液的pH-1.5，并补充水至100ml，得到镀液2。将镀液2的温度调节为9(TC， 并与已制得的10g Cu/Fe包覆粉末混合，打开搅拌器在400r/fflin的条件下进行 置换反应Fe+Sn2+ —Sn+Fe2+,待Cu/Fe包覆粉末由棕红色逐渐完全变为银白色 时，反应结束，洗净，干燥，获得Cu/Sn包覆铁粉末。
经检测，Cu/Sn包覆铁粉末中铜和锡的百分含量分别为17.6%, 2.2%。镀 液中Sn"离子的转化率为88%。
结论
上述实施例表明，采用本发明提供的技术，制备出的Cu/Sn包覆铁粉末中 铜和锡的百分含量分别18±2%和2±0. 3%,达到了工业要求。同时镀液中铜盐 及锡盐的转化率达到90%以上，节约了成本。
实施例用金相显微镜、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等方法测定， 所得包覆层均匀致密，含有单质铜和锡。
参见图2，扫描电镜观察，结果镀层具有一定厚度，且比较致密和完整。
参见图3、图4，金相显微镜观察，结果复合粉末的内层为铁颗粒，外层 为铜锡包覆层，且包覆层较为连续、完整。
参见图5, X射线衍射(XRD)分析结果复合粉末主要有单质铁、单质铜以 及单质锡的物相。
权利要求
1.一种制备Cu/Sn包覆铁粉末的方法，其特征在于有以下几个步骤(1)将铁粉在稀盐酸中搅拌下酸洗，以除去铁粉表面的油污和杂质；(2)Cu/Fe包覆粉末的制备将计算量的硫酸铜溶解于水中，配制为0.4～0.6mol/L的硫酸铜溶液，所述溶液中加入添加剂，室温下，调节溶液的pH＝2～3左右，即得镀液1；将镀液1与步骤(1)所得的铁粉混合，搅拌，铁粉表面发生置换反应Fe+Cu2+→Cu+Fe2+；待镀液的蓝色逐渐消失，铁粉由灰白色变为棕红色时，反应结束，将粉末与溶液分离，所得粉末用水清洗，制得Cu/Fe包覆粉末(3)Cu/Sn包覆铁粉末的制备酸性溶液中搅拌下加入SnCl2·2H2O，使氯化亚溶液浓度为2.5g/L～10g/L，在氯化亚溶液中加入聚乙二醇，调整溶液的pH值为1.2～1.5，温度为80～90℃，得到镀液2，将镀液2与步骤(2)所得的Cu/Fe包覆粉末混合，搅拌，并在包覆粉末表面发生置换反应Fe+Sn2+→Sn+Fe2+，待Cu/Fe包覆粉末由棕红色逐渐完全变为银白色时，反应结束，分离复合粉末与溶液，用水清洗，在80～100℃进行真空干燥，即得Cu/Sn包覆铁粉末。
2. 根据权利要求1所述的制备Cu/Sn包覆铁粉末的方法，其特征在于步 骤(2)中添加剂为乙酸钠、丙稀基硫脲、聚乙二醇。
3. 根据权利要求2所述的制备Cu/Sn包覆铁粉末的方法，其特征在于乙 酸钠、丙稀基硫脲、聚乙二醇的质量比为30: 1: 10。
全文摘要
本发明涉及一种制备Cu/Sn包覆铁粉末的方法，有以下步骤(1)将铁粉在盐酸中进行酸洗，以除去铁粉表面的油污和杂质；(2)将预处理后的铁粉在含有复合添加剂的硫酸铜溶液中进行施镀，获得Cu/Fe包覆粉末；(3)将Cu/Fe包覆粉末在含有添加剂的氯化亚锡溶液中进行施镀，获得Cu/Sn包覆铁粉末。本发明通过控制主盐浓度，添加适当复合添加剂，改变镀液的温度和pH值，以调控复合粉末中Cu、Sn及Fe的相对含量，实现在铁粉定量包覆18±2％Cu和2±0.3％Sn的致密镀层，以满足生产粉末冶金制品的需求。
文档编号B22F1/02GK101362201SQ20081023281
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者吴世学, 梁腾平, 勇 王, 高家诚 申请人:重庆大学