CN101721969A - 一种以钛为基的烧结型吸气材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大吸氢量的以钛为基烧结型吸气材料及其制备方法，属于粉末冶金领域。首先将钛粉与锆镍合金粉末按照重量百分比50～80∶50～20配制。在Ar气保护下，按照一定球料比混合24小时，制得吸气材料混合粉末。用80～100g加拿大胶(Canada balsam)溶于1000ml无水乙醇中制得粘结剂溶液。将粘结剂溶液均匀加入到已混好的吸气材料粉末中，吸气材料粉末与粘结剂比例为重量比80～90∶20～10。将加入粘结剂的吸气材料粉末在特定模具中加压成形，成形压力为60～200MPa。将压制好的坯件经烧结除去粘结剂。然后在真空炉中进行高温烧结，制得钛基烧结型吸气材料。其优点在于本吸气材料具有大的吸收氢气能力，具有较低的激活温度，同时由于加入钛粉并经高温烧结后，提高了吸气材料的自身结合强度，能满足吸气材料在振动环境条件下使用。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金领域，提供了一种大吸氢量的以钛为基烧结型吸气材料及其制备方法。
背景技术
在所有的封离电真空器件中，为了长期维持或提高其真空度，都必须使用一种真空吸气材料。吸气材料在装管使用时，从排气台封离前，必须对其进行激活处理，从而保证吸气材料的长期吸气性能。对于一些特殊的电真空器件，例如：红外探测器的杜瓦瓶、速调管、静电陀螺仪以及光电灵敏器件-图像增强器等器件，一般要求吸气材料能在500℃左右激活，以避免吸气材料高温激活时的热负载对于周围器壁和其它电子元件产生有害影响。同时，由于器件工作的环境存在不同程度地振动、冲击，要求吸气材料有较好的机械强度。此外，某些器件使用条件的特殊性，吸气材料有可能工作在高温充氢环境下，这就要求吸气材料具有大的吸收氢气能力。而目前使用较为广泛的吸气材料激活温度一般都在850℃～900℃，例如含重量比84％锆、16％铝的锆铝16压制型吸气材料，含重量比95％锆、5％石墨的锆石墨吸气材料等，都需在900℃条件下激活才能充分发挥其吸气性能。而锆钒铁合金虽然是一种在500℃以下激活后在室温下具有良好吸气性能的吸气材料，但因其合金粉末的脆性较大，机械强度满足不了特殊环境需求而受限。这些吸气材料虽然具有优良的吸收活性气体的能力，但作为特殊氢气气氛处理条件下的吸气材料，其吸氢能力还应该提高。
锆镍合金是一种蒸汽压较低的吸氢材料，也是一种吸氢性能优良的吸气材料，因其是合金锭直接破碎成粉末使用，机械强度不能满足振动要求。现采用以钛粉为基体元素，添加一定比例的锆镍合金，利用钛的烧结特性改善吸气材料的机械强度；利用锆镍合金中镍的催化作用降低材料的激活温度；同时因为锆镍合金吸氢时属于放热反应，释放的热量用于促进基体元素钛吸氢时氢原子的吸附和扩散，进一步提高材料的吸氢性能。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种吸氢量大、激活温度低(450℃～500℃)、具有一定机械强度的真空吸气材料。本发明提供了一种用纯钛粉与锆镍合金粉混合并经高温烧结制备吸气材料的方法，解决了既能在低温下激活又具备一定强度的大吸氢量吸气材料制备问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种以钛为基的烧结型吸气材料，金属钛粉末和锆镍合金粉末经混匀后，加入粘结剂后加压成形，再除去粘结剂，经烧结成以钛为基烧结型吸气材料，其中，金属钛粉末和锆镍合金粉末的重量比为50～80％∶50～20％，所述的锆镍合金中的锆的重量百分比为75％～77％、镍的重量百分比为23％～25％。
在本发明的以钛为基的烧结型吸气材料中，所述的钛粉的纯度为99.7％，钛粉粒度为300目以下；所述的锆镍合金粉末粒度为-150～-400目。
一种制备以钛为基的烧结型吸气材料的方法，该方法包括下述步骤：
(1)、将金属钛粉末和锆镍合金粉末按50～80％∶50～20％的重量比经球磨混合制备成吸气材料粉末；
(2)、在吸气材料粉末中加入粘结剂，并经加压成形，成形为吸气材料坯件；
(3)、将成形的吸气材料坯件在真空状态下去除粘结剂；
(4)、再在高真空炉中进行烧结，制备成以钛为基烧结型吸气材料。
在所述的步骤(1)中，所使用的钛粉的纯度为99.7％，钛粉粒度为300目以下；锆镍合金粉末粒度为-150～-400目，锆镍合金中的锆的重量百分比为75％～77％、镍的重量百分比为23％～25％。
在所述的步骤(1)中，所使用的钛粉是经过在真空度优于5Pa条件下于75-85℃、2.5-3.5小时条件下烘干处理。
在所述的步骤(1)中，在球磨混合过程中，加入玛瑙球，球料重量比为1∶3～1∶5，然后充惰性气体Ar气至3MP～6MP之间进行保护，进行24-28小时的机械混料。
在所述的步骤(2)中，所采用的粘结剂为加拿大胶(Canada balsam)的无水乙醇溶液，该粘结剂溶液的浓度为80～120g加拿大胶/1000ml无水乙醇，即所采用的粘结剂是用80～120g加拿大胶(Canada balsam)溶于1000ml无水乙醇中，搅拌2-2.5个小时，然后静置10-11小时后制得粘结剂溶液；该粘结剂溶液加入吸气材料粉末中的重量百分比为80～90％∶20～10％。
在所述的步骤(2)中，加压成形过程中的成形压力为60～200MPa。在加压成形过程中所用模具可以压制成圆环柱形、圆片形、圆柱形或其他形状。
在所述的步骤(3)中，在真空状态下去除粘结剂过程中，真空度在5×10-2Pa以上，温度为585-645℃，时间为20-30分钟。
在所述的步骤(4)中，在烧结过程中，真空度为1×10-3～5×10-4Pa，烧结温度为800℃～850℃，时间为10-15分钟。
本发明的优点是：本发明的以钛为基的烧结型吸气材料是一种吸氢量大、激活温度低(450℃～500℃)、具有一定机械强度的真空吸气材料。本发明的以钛为基的烧结型吸气材料的制备方法是一种用纯钛粉与锆镍合金粉混合并经高温烧结制备吸气材料的方法，解决了既能在低温下激活又具备一定强度的大吸氢量吸气材料制备问题。
具体实施方式
本发明的以钛为基的烧结型吸气材料的制备方法如下：
吸气粉末制备：将纯度为99.7％的-300目钛粉在真空条件于80℃3h烘干。将烘干后的钛粉末与-150～-400目的锆镍合金粉末按照重量比50～80％∶50～20％进行配料，并在Ar气保护条件下加入适量玛瑙球，球料比按照重量比1∶3～1∶5进行混料，混料时间为24h，制得吸气材料粉末。
粘结剂制备：用80～120g加拿大胶溶于1000ml无水乙醇中，待12h后制得粘结剂。
将粘结剂溶液均匀加入到吸气材料粉末中，粉末与粘结剂的重量比是80～90％∶20～10％。将加入粘结剂的吸气材料粉末在特定模具中加压成形，成形压力为60～200MPa，将压制成形的吸气材料坯件在真空炉中去除粘结剂，真空度不低于5×10-2Pa，温度600℃，保温20分钟。出炉后再在高真空烧结炉中烧结，真空度在1×10-3Pa～5×10-4Pa，烧结温度为800℃～850℃保温10分钟，便制得一种以钛为基的烧结型吸气材料。
实施例1将纯度为99.7％的-300目的钛粉在真空状态于80℃3h条件下烘干，取-150目锆镍粉末，按照重量比50％∶50％将两种粉末配料。在Ar气保护下加入适量玛瑙球，球料比按照重量比1∶5进行混料，混料时间为24h，制得吸气材料粉末。
用80g加拿大胶溶于1000ml无水乙醇中，待12h后制得粘结剂。将粘结剂溶液均匀加入到吸气材料粉末中，粉末与粘结剂的重量比是80％∶20％。将加入粘结剂的吸气材料粉末在特定模具中加压成形，成形压力为60MPa，将压制成形的吸气材料坯件在真空炉中去除粘结剂，真空度不低于5×10-2Pa，温度600℃，保温20分钟。出炉后再在高真空烧结炉中烧结，真空度大于1×10-3Pa，烧结温度为800℃保温10分钟，便制得一种以钛为基的烧结型吸气材料。
所得吸气材料在450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1163cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
实施例2其操作方法和工艺条件基本同实施例1，唯一不同的是原料锆镍粉末为-400目，由这种工艺制备的吸气材料经450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1208cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
实施例3其操作方法和工艺条件基本同实施例2，唯一不同的是钛粉末与锆镍粉末按照重量比80％∶20％。由这种工艺制备的吸气材料经450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1199cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
实施例4其操作方法和工艺条件基本同实施例3，唯一不同的是钛粉末与锆镍粉末按照重量比65％∶35％。由这种工艺制备的吸气材料经450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1210cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
实施例5其操作方法和工艺条件基本同实施例4，唯一不同的是球料比按照重量比1∶3进行混料，混料时间为24h(是在金属钛粉末和锆镍合金粉末经球磨混合制备成吸气材料粉末中)。由这种工艺制备的吸气材料经450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1215cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
实施例6其操作方法和工艺条件基本同实施例5，唯一不同的是粘结剂制备中用120g加拿大胶溶于1000ml无水乙醇中制成粘结剂溶液。由这种工艺制备的吸气材料经450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1466cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
实施例7其操作方法和工艺条件基本同实施例6，唯一不同的是粘结剂制备中用100g加拿大胶溶于1000ml无水乙醇中制成粘结剂溶液。由这种工艺制备的吸气材料经450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1405cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
实施例8其操作方法和工艺条件基本同实施例7，唯一不同的是粉末与粘结剂的重量比是90％∶10％。由这种工艺制备的吸气材料经450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1323cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
实施例9其操作方法和工艺条件基本同实施例6，唯一不同的是吸气材料粉末的成形压力为200MPa。由这种工艺制备的吸气材料经450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1281cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
实施例10其操作方法和工艺条件基本同实施例6，唯一不同的是压制的吸气材料坯件经600℃，20分钟除气之后，在高真空炉中经850℃，10分钟烧结。由这种工艺制备的吸气材料经450℃保温30分钟激活后，第10分钟吸氢速率S10为1193cm3/s.cm2。吸气材料在频率为40Hz，振幅1.2mm，时间60分钟条件下振动，振后在5倍放大镜下检查，没有粉粒脱落。
Claims (10)
1.一种以钛为基的烧结型吸气材料，其特征在于：金属钛粉末和锆镍合金粉未经混匀后，加入粘结剂后加压成形，再除去粘结剂，经烧结成以钛为基烧结型吸气材料，其中，金属钛粉末和锆镍合金粉末的重量比为50～80％∶50～20％，所述的锆镍合金中的锆的重量百分比为75％～77％、镍的重量百分比为23％～25％。
2.根据权利要求1所述的以钛为基的烧结型吸气材料，其特征在于：所述的钛粉的纯度为99.7％，钛粉粒度为300目以下；所述的锆镍合金粉末粒度为-150～-400目。
3.一种制备以钛为基的烧结型吸气材料的方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
(1)、将金属钛粉末和锆镍合金粉末按50～80％∶50～20％的重量比经球磨混合制备成吸气材料粉末；
(2)、在吸气材料粉末中加入粘结剂，并经加压成形，成形为吸气材料坯件；
(3)、将成形的吸气材料坯件在真空状态下去除粘结剂；
(4)、再在高真空炉中进行烧结，制备成以钛为基烧结型吸气材料。
4.根据权利要求3所述的制备以钛为基的烧结型吸气材料的方法，其特征在于：在所述的步骤(1)中，所使用的钛粉的纯度为99.7％，钛粉粒度为300目以下；锆镍合金粉末粒度为-150～-400目。
5.根据权利要求3所述的制备以钛为基的烧结型吸气材料的方法，其特征在于：在所述的步骤(1)中，所使用的钛粉是经过在真空度优于5Pa条件下于75-85℃、2.5-3.5小时条件下烘干处理。
6.根据权利要求3所述的制备以钛为基的烧结型吸气材料的方法，其特征在于：在所述的步骤(1)中，在球磨混合过程中，加入玛瑙球，球料重量比为1∶3～1∶5，然后充惰性气体Ar气至3MP～6MP之间进行保护，进行24-28小时的机械混料。
7.根据权利要求3所述的制备以钛为基的烧结型吸气材料的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，所采用的粘结剂为加拿大胶(Canada balsam)的无水乙醇溶液，该粘结剂溶液的浓度为80～120g加拿大胶/1000ml无水乙醇；该粘结剂溶液加入吸气材料粉末中的重量百分比为80～90％∶20～10％。
8.根据权利要求3所述的制备以钛为基的烧结型吸气材料的方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，加压成形过程中的成形压力为60～200MPa。
9.根据权利要求3所述的制备以钛为基的烧结型吸气材料的方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，在真空状态下去除粘结剂过程中，真空度在5×10-2Pa以上，温度为585-645℃，时间为20-30分钟。
10.根据权利要求3所述的制备以钛为基的烧结型吸气材料的方法，其特征在于：在所述的步骤(4)中，在烧结过程中，真空度为1×10-3～5×10-4Pa，烧结温度为800℃～850℃，时间为10-15分钟。
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