专利名称：金属纳米粉体颗粒材料合金技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属纳米颗粒加工技术，具体为一种金属纳米粉体颗粒材料合金
技术。
背景技术：
目前随着新材料、新科技的迅速发展，金属合成多功能材料日益迫切，特别是多种 不同熔点、不同强度、不同种类的金属合成和非金属合成就成为新材料发展的难题。目前国 际和国内金属、非金属合成技术存在的主要问题为目前国际和国内流行的金属、非金属合 成技术，一般是熔点相近、强度基本相同的金属或非金属进行融化合成，如铜和铝，铜和锡 等，但是这种合成金属已经远远满足不了目前新材料、新科技发展的需要，特别是国防科技 的高强度、轻重量、耐高温、耐摩擦的需要。如军事发展的前沿课题，高空无人战斗机，深海 潜艇，太空武器，外太空飞行器等就是急需新型多功能合成材料来满足未来的国防建设。又 如目前常规武器的弹药，世界上一般国家都是用铜来进行制作，而我国因为铜资源的缺乏改 为用铁来制作，这样就大大增加了武器的弹药重量而且也增加了武器的故障率。在目前提倡 武器轻型化，单兵负重少，单兵携弹多的前提下，就越显突出金属合成多功能材料的必要性。
专利申请号为2006100481685记载了一种金属纳米粉体零界颗粒切割生产工艺， 该专利申请记载了一种全新的零界颗粒切割金属纳米粉体材料工艺，以铁粉为例，步骤包 括，将铁粉置于-l(TC +15°C的加工温度状态下，然后对铁粉颗粒进行高速切割，每分钟 控制在5000 6000次，然后对切割后的铁粉颗粒已6000转/分钟的高频研磨，再进行物 理还原，表面包覆处理，最后分级分选即可得到产品。此项技术能够加工出不同纳米级别的 铁粉，利用该方法生产出特定颗粒直径的铁粉具有以往技术无法生产出的优异特性，而且 经过发明人的研究发现，在该工艺中提高或者降低加工"切割"频率并相应地调整"加工温 度"后也能生产出的各个不同级别的纳米铁粉或者其它金属粉，而且特性有着明显的区别， 经过分级分选和配比后可广泛用于不同行业或领域。该专利申请所记载的技术方案是申请 人在纳米金属粉末材料加工技术领域首次提出了"切割"这一加工的概念，利用研磨介质之 间的相对高速往复碰撞和摩擦即可将原料金属粉加工至纳米级别，而这种研磨介质在单位 时间内的高速往复运动的次数可以称为"频率"，其对原料的粉碎过程可称为"切割"；并且 提出了具体的加工参数，并且通过实践证明了通过设定相应的"切割"频率和控制相应的加 工温度就可以加工出优质纳米铁粉这一技术方案。 专利申请号为2006101620469公开了一种金属微、纳米颗粒包覆工艺，该申请的 技术方案能在金属粉体材料的表面形成一层厚度为lnm-3nm的高质量防氧化保护层，以下 称为"DQ包覆法"。想较传统的纳米金属粉末的包覆工艺，该技术方案包覆率更高，抗氧化 时间更长。
发明内容
本发明为了解决新型纳米合金材料的制作的问题而提供了一种金属纳米粉体颗粒材料合金技术。 本发明是由以下技术方案实现的，一种金属纳米粉体颗粒材料合金技术， 在-5°C——(TC的情况下，高频切割次数设定在每分钟5500次一一6000次的情况下生产、 加工粉体颗粒形状为球体的纳米铝粉或者是纳米镁粉，再分别分选出(80nm为例)D3 = 31nm D25 = 61. lnm D50 = 80nm D75 = 86. 13nmD97 = 100. 6nm的颗粒分布集中的粉体材 料。 在-10°C--5°C的情况下，高频切割次数设定在每分钟5000次——5500次的情
况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的纳米钛粉和纳米铁粉。再分别分选出(50nm为例)D3 =21nm D25 = 31. lnm D50 = 50nm D75 = 76. 13nmD97 = 100. 6nm的颗粒分布集中的粉体 材料，而后，再对铁粉颗粒继续厚度为2nm-3nm的防氧化包覆，使其防氧化时间达到90小 时以上。 以D50 = 80nm(中间值)纳米铝粉或者纳米镁粉为母粒，以D50 = 50nm(中间值) 的纳米钛粉和纳米铁粉为子粒，分别以每分钟6000转/分进行高速合成，最后形成混嵌为 一体的纳米金属合成颗粒。金属合成颗粒经过不同的喷涂、喷射、喷塑、压铸、喷嵌等新型 工艺进行理想的成型制作，从而达到新科技、新材料的高强度、轻重量、耐高温、耐摩擦的需要。 本发明技术优势 1、本发明的技术优势一是任何不同熔点、不同强度、不同种类的金属都可以进行 物理合成。 2、本发明的技术优势二是从根本上解决了目前国内外不同熔点、强度的金属合 成难题和金属亲融性的问题。 3、本发明的技术优势三是从根本上解决了目前国内外金属融化合成的能耗高、 污染大的问题。 4、本发明的技术优势四是解决了目前国内外金属合成单一的问题。
5、本发明的技术优势五是解决了目前国内外金属合成难以做到的高强度、轻重
量、耐高温、耐摩擦的新型合成材料的难题。 6、本发明的技术优势六是大大降低了新型合成金属材料的成本，本合成材料技 术是目前美国合成材料综合成本的20%。
图1为切割机的结构示意图 图2为研磨机结构示意图 图3、4、5为加工得到的金属颗粒的电镜照片 图6为本发明制成的合金颗粒示意图 图中l-惰性气体入口、2-进料口、3-冷却水入口、4-机体、5-切割器、6-连杆、 7_支架、8-出料口 、 9-调频振动电机、10-切割机底座、11 -振动气囊、12-冷却水入口 、 13-连杆、14-切割器、15-振动弹簧、16-硬质橡胶垫、17-出料口 、 18-空心转轴、19-研磨机 体、20-被研磨颗粒、21进料气口 、 22-变频电机、23-机座、24-机架、25-球形研磨体26-纳 米钛粉颗粒、27-纳米铝粉或镁粉颗粒、28-纳米铁粉颗粒
具体实施例方式 实施例i，一种金属纳米粉体颗粒材料合金技术，在-51:的情况下，高频切割次数
设定在每分钟6000次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的纳米铝粉或者是纳米镁 粉，再分别分选出(80nm为例)D3 = 31nm D25 = 61. lnmD50 = 80nm D75 = 86. 13nm D97 =100. 6nm的颗粒分布集中的粉体材料。 在-l(TC的情况下，高频切割次数设定在每分钟5500次的情况下生产、加工粉体 颗粒形状为球体的纳米钛粉和纳米铁粉。再分别分选出(50nm为例)D3 = 21nm D25 = 31. lnm D50 = 50nm D75 = 76. 13nm D97 = 100. 6nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后，再 对铁粉颗粒继续厚度为2nm-3nm的防氧化包覆，使其防氧化时间达到90小时以上。
以上的切割的具体操作可以参考背景技术中提到的金属纳米粉体零界颗粒切割 生产工艺，只是参数做出相应的调整即可。防氧化包覆操作可参考背景技术金属微、纳米颗 粒包覆工艺。 以D50 = 80nm(中间值)纳米铝粉或者纳米镁粉为母粒，以D50 = 50nm(中间值) 的纳米钛粉和纳米铁粉为子粒，分别放入每分钟6000转/分的合成机内进行高速合成，最 后形成混嵌为一体的纳米金属合成颗粒。 所用切割机如图1所示意，切割机结构包括带有冷却系统的机体，机体上设有进 料口 2、惰性气体入口 1，在在机体4内进料口 2的下端设有若干切割刀组，每个切割刀组 包括两个工作面相对的切割器5、14，切割器5、 14的工作面为锯齿状或锉刀状，两个切割器 5、 14分别通过各自的连杆6、 13和调频振动电机9输出转动部分结合。切割机设计为双重 振动系统，外振动设计为气囊式振动装置，内部振动系统设计为弹簧振动装置。调频振动电 动机，采用调频的方式进行振动频率的控制，通过调整电机的转速1500传/分——6000传 /分，可以使振动频率控制在1500次/分——6000次/分，达到设计要求的无限切割—— "零界颗粒切割法"。切割机在工作时，内部设计加入惰性气体来保持加工温度的恒定，同时 在夹层中加入冷却水进行设定的温度加工。其工作原理是通过调频电机带动每个切割刀组 的两个切割器做相对运动，使两个切割器的工作面相对运动，然后其表面的锯齿状或锉刀 状突起部位相互运动，将进料口加入的80目-100目左右的大直径原料金属颗粒不断地摩 擦、碰撞、挤压，最后达到的效果是使大颗粒的金属颗粒分割为小直径颗粒物体。切割器的 表面就像锉刀表面的结构一样，其间隙是可以调整的，以便适应原材料颗粒的大小。切割机 工作开始后，金属颗粒粉不规则颗粒在两个切割器之间由上向下运动过程中被进行了N次 切割的，当然调频电机转速越高，单位时间内金属颗粒被切割的几率也越大，其加工出来的 小直径颗粒的金属颗粒的分布概率也越大，分选起来也更容易。 一般要经过六次循环切割 才能达到80%以上的纳米金属粉体颗粒。 防氧化包覆过程，金属粉体材料在温度(IO(TC -310°C )和有保护气体(N)的环境 下进行生产、加工的同时要加入10%——15% (体积比)的纯氧气，在金属粉体颗粒表面形 成厚度为lnm——2nm的氧化层，然后在高温隧道炉中，将温度调整到350°C _5l(TC之间，金 属粉体颗粒材料在此温度情况下，表面氧化层结构开始软化，在密封的状况下，按4 : 6比 例注入露点《6的惰性气体N和He，注入时间控制在30分钟——45分钟，让惰性气体充分 渗透到金属粉体材料表面的氧化层中。
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如图2所示意的研磨机，包括机架24，变频电机22，机架24上通过空心转轴18设 有空心的研磨机体19，研磨机体19上设有进料进惰性气口 21，出料口 17，研磨机体19内设 有若干研磨球25。如图中八面研磨机的工作原理是，利用变频电动机来控制研磨机的转速 (1000转/分——6000转/分)，利用八角机体的角度，来达到金属类球体颗粒的270度不 停的反转，从而达到经过研磨后的粉体颗粒表面光滑球体颗粒。因为从切割机加工出来的 金属颗粒， 一般是不规则的类球体，经过八角研磨机内部的球形研磨体的研磨，不规则的类 球体就会成为表面光滑的球体颗粒。工作时候将切割好的纳米铝粉或者是纳米镁粉及纳米 钛粉和纳米铁粉和惰性气体加入研磨机体内，然后开动电机带动研磨机体翻转，研磨球之 间的相互碰撞即可将两种金属微粒研磨同时嵌合成成球状微粒。 如图3、4、5所示意的照片中显示，金属颗粒的直径范围从数十到数百纳米不等， 这就需要采用气流分选技术分选出颗粒分布相对集中的产品。利用金属微粒的受力表面积 和金属微粒在受抛射力情况下的抛物曲线以及铁粉颗粒在容器中的自重下落速度、时间。 利用人工风力和速度在密闭容器中对直径不同的铁粉颗粒进行有效的分级。具体的分选工 艺是首先开动负压电机在分级设备的容器中形成负压状态，而后分别开启分级器电机在 密闭容器中形成轴流旋风。负压将需要分级的铁粉限量吸入第一密闭容器，在轴流旋风中 分选出颗粒直径最大的金属颗粒，剩余金属颗粒进入第二密闭容器，在大于第一轴流旋风 中分级出所需铁粉颗粒，顺序二、三、四级进行逐级分级，这样可以同时得到各种颗粒分布 区间(100 iim——10nm)相对集中的金属微粒产品。结合本发明技术方案来说，通过调整 风流大小和分级容器的数量就可以得到相应的产品，当然实际操作中还要不断地先初步分 选，然后仪器检测产品规格，然后反馈调整机械参数，使加工机械能够稳定地分选出产品。 分选的目的之一就是将符合要求的产品分选出来，比要求小的可以直接进入下一个程序， 比要求大的产品将返回上一道工序再一次进行切割，其二是选择出要求的产品，达不到要 求的产品将通过分选设备返回到上一工序，再次切割。 实施例2， 一种金属纳米粉体颗粒材料合金技术，在0°C的情况下，高频切割次数 设定在每分钟5500次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的纳米铝粉或者是纳米镁 粉，再分别分选出(80nm为例)D3 = 31nm D25 = 61. lnmD50 = 80nm D75 = 86. 13nm D97 =100. 6nm的颗粒分布集中的粉体材料。 在-5°C的情况下，高频切割次数设定在每分钟5000次的情况下生产、加工粉体颗
粒形状为球体的纳米钛粉和纳米铁粉。再分别分选出(50nm为例)D3 = 21nm D25 = 31. lnm
D50 = 50nm D75 = 76. 13nm D97 = 100. 6nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后，再对铁粉颗
粒继续厚度为2nm-3nm的防氧化包覆，使其防氧化时间达到90小时以上。 以D50 = 80nm(中间值)纳米铝粉或者纳米镁粉为母粒，以D50 = 50nm(中间值)
的纳米钛粉和纳米铁粉为子粒，分别放入每分钟6000转/分的合成机内进行高速合成，最
后形成混嵌为一体的纳米金属合成颗粒。 实施例3，一种金属纳米粉体颗粒材料合金技术，在_31:的情况下，高频切割次数 设定在每分钟5750次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的纳米铝粉或者是纳米镁 粉，再分别分选出(80nm为例)D3 = 31nm D25 = 61. lnmD50 = 80nm D75 = 86. 13nm D97 =100. 6nm的颗粒分布集中的粉体材料。 在-7t:的情况下，高频切割次数设定在每分钟5250次的情况下生产、加工粉体颗
6粒形状为球体的纳米钛粉和纳米铁粉。再分别分选出(50nm为例)D3 = 21nm D25 = 31. lnm
D50 = 50nm D75 = 76. 13nm D97 = 100. 6nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后，再对铁粉颗
粒继续厚度为2nm-3nm的防氧化包覆，使其防氧化时间达到90小时以上。 以D50 = 80nm(中间值)纳米铝粉或者纳米镁粉为母粒，以D50 = 50nm(中间值)
的纳米钛粉和纳米铁粉为子粒，分别放入每分钟6000转/分的合成机内进行高速合成，最
后形成混嵌为一体的纳米金属合成颗粒。
权利要求
一种金属纳米粉体颗粒材料合金技术，其特征是，在-5℃——0℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5500次——6000次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的纳米铝粉或者是纳米镁粉，再分别分选出D3＝31nmD25＝61.1nm D50＝80nm D75＝86.13nm D97＝100.6nm的颗粒分布集中的粉体材料，在-10℃——-5℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5000次——5500次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的纳米钛粉和纳米铁粉，再分别分选出D3＝21nm D25＝31.1nm D50＝50nm D75＝76.13nm D97＝100.6nm的颗粒分布集中的粉体材料，而后，再对铁粉颗粒继续厚度为2nm-3nm的防氧化包覆，使其防氧化时间达到90小时以上，以D50＝80nm纳米铝粉或者纳米镁粉为母粒，以D50＝50nm的纳米钛粉和纳米铁粉为子粒，以每分钟6000转/分进行高速合成，最后形成混嵌为一体的纳米金属合成颗粒。
2. —种加工如权利要求1所述纳米金属颗粒的切割机，其特征在于结构包括带有冷 却系统的机体(4)，机体(4)上设有进料口 (2)、惰性气体入口 (l)，在机体(4)内设有若干 切割刀组，每个切割刀组包括两个工作面相对的切割器(5、14)，切割器(5、 14)的工作面为 锯齿状或锉刀状，两个切割器(5、 14)分别通过各自的连杆(6、 13)和调频振动电机(9)输 出转动部分结合。
全文摘要
本发明涉及一种金属纳米颗粒加工技术，具体为一种金属纳米粉体颗粒材料合金技术。了解决新型纳米合金材料的制作的问题。一种金属纳米粉体颗粒材料合金技术，在-5℃-0℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5500次-6000次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的纳米铝粉或者是纳米镁粉，在-10℃-5℃的情况下，高频切割次数设定在每分钟5000次-5500次的情况下生产、加工粉体颗粒形状为球体的纳米钛粉和纳米铁粉。以纳米铝粉或者纳米镁粉为母粒，以纳米钛粉和纳米铁粉为子粒，高速合成为一体的纳米金属合成颗粒。从根本上解决了目前国内外不同熔点、强度的金属合成难题和金属亲融性的问题。
文档编号B22F9/04GK101758228SQ20091017970
公开日2010年6月30日 申请日期2009年9月28日 优先权日2008年12月15日
发明者王惠民 申请人:王惠民