一种Ni-P金属间化合物的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属间化合物制备技术领域，特别是提供一种反应合金法制备高质量 的（Ni 2P+Ni5P4)金属间化合物的方法。
【背景技术】
[0002] 镍磷金属间化合物的优良物理、化学、电磁性能，已广泛应用于许多领域。例如： 交通方面，如可用于船舶、汽车、飞机的汽缸、活塞环、活塞杆、轴承；塑料机械方面，如塑料 制品的模具、挤出机零部件、滚筒；印刷机械方面，如滚筒、铅字、打印机、轮子、照相凹版滚 柱；光学仪器、照相机、电子计算机、通信设备；医疗器械；钟表、轴、叶轮；各种工具、量具； 化工设备、核燃料容器、原子反应堆等。镍磷金属间化合物的制备方法很多，传统方法包括 化学镀镍磷合金法、液相脉冲放电法、熔炼和熔铸技术、气相沉积法等，但是，由于镍和磷的 熔点差别大以及磷的沸点低、蒸汽压高、易吸水等特点，使得制备含磷合金样品具有一定的 难度。利用化学镀镍磷合金法的镀浴成分复杂，难以控制，对PH值要求高，容易造成环境污 染。液相脉冲放电法过程所用的工艺复杂、设备价格昂贵。熔炼和熔铸技术合成温度高，通 常在1000°C以上，因此合成出来的镍磷合金晶粒粗大，磷烧损率高、能耗大。气相沉积法必 须考虑的因素较多，沉积参数的变化范围很宽，效率低下，应用范围较窄。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种反应球磨法制备（Ni2P+Ni 5P4)金属 间化合物的方法，所述方法利用反应球磨法对镍粉及分析纯的赤磷在室温下进行球磨，制 备出（Ni 2P+Ni5P4)金属间化合物；
[0004] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0005] 一种Ni-P金属间化合物的制备方法，包括如下步骤：
[0006] (1)按比例将镍粉和赤磷混合，作为磨料；
[0007] (2)室温下，将步骤⑴混合的磨料和磨球同时装入球磨机的球磨罐中，装填完毕 后，将球磨罐盖盖紧并用机械泵抽至真空，关掉真空阀，通入惰性气体，反复操作直至将球 磨罐充满惰性气体，然后封闭抽气孔；
[0008] (3)室温下，将步骤⑵密封好的球磨罐，置于球磨机上球磨；
[0009] (4)球磨结束后，待球磨罐中的磨料在惰性气体气氛中自然冷却到室温，再在空气 中打开球磨罐并取出产物。
[0010] 步骤（1)中，所述镍粉纯度>99. 5%，赤磷为分析纯；
[0011] 所述磨料中，各组分按原子百分比计算，镍粉55~67at. %，赤磷33~45at. %。
[0012] 步骤⑵中，所述磨球与磨料的质量比为10~30 :1 ;
[0013] 所述磨球中20mm的大球和10mm的小球的数量比例为1:5。
[0014] 步骤（3)中，所述球磨的时间为10~100h，球磨转速为100~300转/分钟。
[0015] 所述球磨机为高能球磨机，包括行星式球磨机或振动式球磨机或搅拌式球磨机。
[0016] 所述惰性气体为氩气。
[0017] 所述制备方法制得的产物为（Ni2P+Ni5P4)金属间化合物，含有Ni 2P和Ni5P4两相， 组织均匀。
[0018] 本发明的机理是：粉末在高能球磨机中球磨，粉末经磨球的碰撞、挤压，重复地发 生变形、断裂、焊合、原子间相互扩散，引起原子尺度的混合，进而在固相状态实现合金化。 同时，球磨反应过程的热力学和动力学不同于普通的固态反应，可以合成常规方法难以合 成的新型合金材料。
[0019] 本发明的有益效果是：
[0020] (1)本发明的合成温度低（室温），能耗小，设备和工艺简单、杂质易去除，效率高， 所制备得到的（Ni 2P+Ni5P4)金属间化合物成块状，制备过程中不受传统方法制备镍磷合金 的各种因素限制，材料抗氧化性较好，减少P的烧损，对空气造成的污染小；
[0021] (2)所制备得到的（Ni2P+Ni5P4)金属间化合物组织均勾，利用扫描电子显微镜 (SEM)和X射线衍射仪（XRD)方法分析，所述镍磷合金中只含有Ni 2P和Ni5P4两相。
【附图说明】
[0022] 图1是附粉与赤磷摩尔比为3:2，球磨20小时后（附孑+附5?4)金属间化合物的外 观照片；
[0023] 图2是Ni粉与赤磷摩尔比为3:2,球磨20小时后（Ni2P+Ni5P 4)金属间化合物的 SEM图片；
[0024] 图3是Ni粉与赤磷摩尔比为13:7,球磨15小时后（Ni2P+Ni5P 4)金属间化合物的 SEM图片；
[0025] 图4是Ni粉与赤磷摩尔比为3:2,球磨25小时后（Ni2P+Ni5P 4)金属间化合物的 XRD图谱。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并 不限于此。
[0027] 实施例1
[0028] 将纯度为99. 99wt. %、规格为200目的镍粉与分析纯的赤磷按原子百分比3:2混 合，与玛瑙磨球一起密封于玛瑙球磨罐中，球料比为20:1，大球（20mm)与小球（10mm)以 1:5的比例混合搭配；装填完毕后，将球磨罐盖盖紧并用机械泵抽真空，真空计显示约10P 以下，关掉真空阀，通入氩气，反复抽真空，通氩气3~5次后密封，以确保球磨过程中无氧 气参与反应；反应球磨在XQM-4型球磨机上（长沙天创粉末技术有限公司）进行；球磨机的 转速为120转/分钟，球磨时间为20小时，球磨结束后，打开球磨罐之前将让球磨罐中的磨 料在氩气气氛中自然冷却到室温。
[0029] 球磨后磨料为块状，其外观照片见图1，图1为块状的（Ni2P+Ni5P 4)金属间化合物。
[0030] 利用扫描电子显微镜（SEM)对其形貌进行分析见图2,图2说明块状镍磷合金中只 含有Ni 2P和Ni5P4，颜色较亮的为Ni2P，颜色较暗的为Ni 5P4，有少量孔洞，两相均匀分布；
[0031] 利用能谱仪（EDS)测量所制得的块状镍磷合金的总成分，其组成见表一，表一中 名义成分为磨料的原始成分，实际成分为球磨结束后块状镍磷合金的成分，从表中可看出， 在（Ni2P+Ni5P4)金属间化合物制备过程中磷损耗很少，其相组成为Ni 2P*Ni5P4,附丨相 中镍含量为63. lat. %，磷含量为36. 9at. % ;Ni5P4相中镍含量为50. lat. %，磷含量为 49. 9at. % 〇 [0032]表一
【主权项】
1. 一种Ni-P金属间化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 按比例将镍粉和赤磷混合，作为磨料； (2) 室温下，将步骤（1)混合的磨料和磨球同时装入球磨机的球磨罐中，装填完毕后， 将球磨罐盖盖紧并用机械泵抽至真空，关掉真空阀，通入惰性气体，反复操作直至将球磨罐 充满惰性气体，然后封闭抽气孔； (3) 室温下，将步骤（2)密封好的球磨罐，置于球磨机上球磨； (4) 球磨结束后，待球磨罐中的磨料在惰性气体气氛中自然冷却到室温，再在空气中打 开球磨罐并取出产物。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1)中，所述镍粉纯度>99. 5%， 赤磷为分析纯；所述磨料中，各组分按原子百分比计算，镍粉55~67at. %，赤磷33~ 45at. % 〇
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2)中，所述磨球与磨料的质量 比为10~30 :1 ;所述磨球中20mm的大球和IOmm的小球的数量比例为1:5〇
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3)中，所述球磨时间为10~ 100h，球磨转速为100~300转/分钟。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述球磨机为高能球磨机，包括行星 式球磨机或振动式球磨机或搅拌式球磨机。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
7. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法制得的产物为 (Ni2P+Ni5P 4)金属间化合物，含有Ni2P和Ni5P4两相，组织均匀。
【专利摘要】本发明属于金属间化合物制备技术领域，具体涉及一种制备(Ni2P+Ni5P4)金属间化合物的方法。这种方法是将纯度＞99.5％的镍粉与分析纯的赤磷按原子百分比赤磷33～45at.％、镍粉55～67at.％混合，装入球磨机的球磨罐中；在有氩气保护的环境下与磨球密封于球磨罐中，球料质量比为10～30:1，球磨时间为10～100小时。本发明工艺简单，易于操作，对设备和原料纯度要求较低，能耗小，成本低，可制备出高质量的(Ni2P+Ni5P4)金属间化合物。
【IPC分类】C22C1-05, C22C1-10, C22C19-03
【公开号】CN104745849
【申请号】CN201510129075
【发明人】苏旭平, 宋媛媛, 张进, 刘亚, 吴长军, 彭浩平
【申请人】常州大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月23日