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一种铜包覆复合粉末的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种铜包覆复合粉末的制备方法，包括以下步骤：将75wt%～85wt%的不锈钢粉与15wt%～25wt%的锌粉混合，在保护气氛下加热，破碎筛分，得到混合粉末；将硫酸铜溶液、硫酸和丙烯基硫脲混合，得到混合液；将所述混合粉末和所述混合液混合，反应后得到铜包覆复合粉末。在制备铜包覆复合粉末的过程中，首先使锌粉扩散至不锈钢粉表面，随后将扩散均匀的混合粉末与硫酸、丙烯基硫脲和硫酸铜的混合液混合，混合液中的铜离子被锌置换出来，在硫酸和丙烯基硫脲的作用下，置换出来的铜均匀的包覆在不锈钢粉表面，从而得到了均匀的铜包覆复合粉末，使复合粉末的耐蚀性有了较大的提高。

Description

一种铜包覆复合粉末的制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金技术领域，尤其涉及一种铜包覆复合粉末的制备方法。
背景技术
由于新技术革命的兴起以及微电子技术、空间技术、能源技术、海洋技术和生物技术的迅速发展，对材料提出了更新和更加严格的要求，研究者预计未来将是复合材料的时代。作为复合材料基本单元的复合粉末，尽管是近几十年才发展起来的一类表面强化材料，但其在航空、航海和电子等诸多领域得到了广泛应用。
复合粉末的每一颗粒子都是由两种或多种不同材料组成的粉末，并且复合粉末综合了每种材料的性质。金属包覆型粉末是复合粉末中应用最广泛的一类材料。金属包覆型粉末即是金属镀覆在每个中心颗粒上形成的复合粉末，它兼有镀层金属和中心颗粒的优良性能，因而广泛应用于航空、航海、电子和通讯等领域。
随着金属包覆型复合粉末的发展，研究者考虑在不锈钢粉末表面包覆铜，在不锈钢粉表面增加耐氧化铜层，更进一步提高不锈钢粉的耐蚀性。金属复合粉末常用的制备方法是球磨法。球磨法是将不锈钢粉与铜粉直接混合，混料时粉末容易聚集在一起，出现团聚的现象，难以使不锈钢粉与铜粉均匀化，同时也很难将铜粉完全包覆在不锈钢粉表面。由此，发明人考虑用包覆的方法制备一种铜包覆复合粉末。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种具有较好均匀性和较好耐蚀性的铜包覆复合粉末的制备方法。
有鉴于此，本发明提供了一种铜包覆复合粉末的制备方法，包括以下步骤：
将75wt%～85wt%的不锈钢粉与15wt%～25wt%的锌粉混合，在保护气氛下加热后，破碎筛分，得到混合粉末；
将硫酸铜溶液、硫酸和丙烯基硫脲混合，得到混合液；
将所述混合粉末和所述混合液混合，反应后得到铜包覆复合粉末。
优选的，得到混合粉末的步骤中所述混合的时间为0.5～2h。
优选的，所述保护气氛为氨分解气。
优选的，所述加热的温度为500～700℃。
优选的，所述混合粉末的目数为80目～450目。
优选的，所述硫酸与所述混合粉末的配比为1.48mol～2.95mol：1kg。
优选的，所述丙烯基硫脲与所述混合粉末的质量比为0.0003～0.0006：1。
优选的，得到铜包覆复合粉末的步骤具体为：
将所述混合粉末与所述混合液混合，反应后加入稀硫酸，得到沉淀；
将所述沉淀清洗和干燥，得到铜包覆复合粉末。
优选的，所述干燥的温度为600～800℃。
优选的，所述干燥的气氛为氨分解气。
本发明提供了一种铜包覆复合粉末的制备方法，首先将不锈钢粉与锌粉混合，随后加热，不锈钢粉与锌粉发生扩散，扩散后的粉末破碎筛分后，得到混合粉末；随后将混合粉末与硫酸、丙烯基硫脲和硫酸铜的混合液混合反应，即得到铜包覆复合粉末。
本发明在制备铜包覆复合粉末的过程中，首先使锌粉扩散至不锈钢粉表面，得到了均匀的混合粉末，随后将扩散均匀的锌粉和不锈钢粉与硫酸、丙烯基硫脲和硫酸铜的混合液混合，混合液中的铜离子被锌置换出来。其中，硫酸提高了粉末颗粒的表面活性，使粉末易发生包覆；而作为络合剂和缓和剂的丙烯基硫脲，则使置换出来的铜均匀的包覆在不锈钢粉表面，从而得到了均匀的铜包覆复合粉末，使复合粉末的耐蚀性有了较大的提高。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种铜包覆复合粉末的制备方法，包括以下步骤：
将75wt%～85wt%的不锈钢粉与15wt%～25wt%的锌粉混合，在保护气氛下加热，破碎筛分，得到混合粉末；
将硫酸铜溶液、硫酸和丙烯基硫脲混合，得到混合液；
将所述混合粉末和所述混合液混合，反应后得到铜包覆复合粉末。
将不锈钢粉与锌粉混合，为了保证粉末能够混合均匀，所述混合的时间优选为0.5～2h，更优选为1h。所述锌粉的含量为15wt%～25wt%，优选为20wt%，不锈钢粉的含量为75wt%～85wt%，优选为80wt%。为了获得细小的混合粉末，所述锌粉的目数优选为300～500目。对于所述不锈钢粉的成分和来源本发明并无特别的限制。对于混合的方式，本发明没有特别的限制，只要为本领域技术人员熟知的混合方式即可。不锈钢粉与锌粉混合后即进行加热，使不锈钢粉与锌粉发生扩散，锌粉均匀地分布于不锈钢粉末颗粒表面，将扩散的粉末破碎筛分后，得到均匀的混合粉末。不锈钢粉与锌粉在加热过程中，由于锌粉极易氧化，氧化后的锌粉不利于后续的包覆，因此需要在保护气氛下加热。所述保护气氛优选为氨分解气。为了保证不锈钢粉与锌粉扩散更加均匀，所述加热的温度优选为500～700℃，更优选为550～650℃。所述混合粉末的目数优选为80目～450目。
将硫酸铜溶液、硫酸和丙烯基硫脲混合，得到混合液。所述混合粉末与所述混合液的制备顺序本发明没有限制，可以先制备混合粉末，也可以先制备混合液。所述混合粉末和所述混合液制备完成后，将所述混合粉末与所述混合液混合，反应后得到铜包覆复合粉末。上述硫酸为浓硫酸，其能够提高不锈钢粉末的表面活性，使不锈钢粉与铜易发生包覆。在混合液中添加的丙烯基硫脲，既是络合剂也是缓和剂，能够保证铜均匀的包覆于不锈钢粉表面。所述硫酸与所述混合粉末的配比优选为1.48mol～2.95mol：1kg，更优选为1.50mol～2.50mol：1kg。所述丙烯基硫脲与所述混合粉末的质量比优选为0.0003～0.0006：1，更优选为0.0005：1。
为了保证铜包覆不锈钢复合粉末中不含有未反应的锌粉，所述混合粉末与所述混合液反应后优选添加稀硫酸，将未反应的锌粉反应完全，最终溶液的pH值为3～5。为了保证铜包覆复合粉末的纯度，作为优选方案，将所述铜包覆复合粉末采用去离子水清洗，冲洗pH至中性，并将清洗好的粉末进行干燥。为了防止复合粉末被氧化，将粉末优选置于氨分解气中干燥，干燥温度优选为600～800℃，将干燥后的粉末破碎筛分，即得到纯净的铜包覆复合粉末。
本发明利用置换反应将铜包覆到不锈钢表面，制备了铜包覆复合粉末。在制备复合粉末的过程中，将不锈钢粉与锌粉扩散，使锌粉均匀分布于不锈钢粉末颗粒的表面，得到扩散均匀地混合粉末，将混合粉末与含有硫酸铜、硫酸和丙烯基硫脲的混合液中反应，混合液中的铜离子被锌置换出来，在硫酸和丙烯基硫脲的作用下，铜均匀紧密地包覆在不锈钢粉表面，从而得到了耐蚀性较好的铜包覆复合粉末。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铜包覆不锈钢复合粉末的制备方法进行详细介绍，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
1）将80kg不锈钢粉与20kg锌粉放入双锥形合批机中混合1h后取出，得到混合粉末；
2）将混合好的粉末置于有氨分解气的钢带还原炉中加热，加热温度为680℃；
3）加热后的粉末结块，进行破碎筛分，得到混合粉末；
4）称取78kgCuSO4·H2O溶入500L水中，过滤除杂后加入8L浓硫酸和30g丙烯基硫脲，搅拌均匀，得到混合液；
5）将步骤3）制备的粉末溶于混合液中，搅拌反应，随后加入少量的硫酸调节pH至4，直至反应完全；
6）采用连续式快速离心分离装置将步骤5）中的沉淀分离出来，并采用去离子水清洗沉淀至中性；
7）将步骤6）得到的粉末置于干燥还原炉内进行干燥，温度控制为700℃，保护气氛为氨分解气氛；
8）将步骤7）得到的粉末破碎筛分，得到铜包覆复合粉末。
将复合粉末进行测试，得到Cu的含量大于20wt%，松装密度为2.27g/cm3，流速为35s/50g，粒度分布为100目～400目。表1为铜包覆复合粉末的粒度分布表。
表1 铜包覆复合粉末的粒度分布表
粒度分布（目）   +100   –100+200   –200+325   –325+400
百分比（wt%）   0.3   50.7   29.6   19.4
由表1可知，99.7wt%复合粉末的粒度集中在200目～400目，由此可知铜包覆复合粉末具有较好的均匀性。
实施例2
1）将75kg不锈钢粉与25kg锌粉放入双锥形合批机中混合1.5h后取出，得到混合粉末；
2）将混合好的粉末置于有氨分解气的钢带还原炉中加热，加热温度为500℃；
3）加热后的粉末结块，进行破碎筛分，得到混合粉末；
4）称取98kgCuSO4·H2O溶入500L水中，过滤除杂后加入10L浓硫酸和50g丙烯基硫脲，搅拌均匀，得到混合液；
5）将步骤3）制备的混合粉末溶于混合液中，搅拌反应，随后加入少量的硫酸调节pH至3，直至反应完全；
6）采用连续式快速离心分离装置将步骤5）中的沉淀分离出来，并采用去离子水清洗沉淀至中性；
7）将步骤6）得到的粉末置于干燥还原炉内进行干燥，温度控制为600℃，保护气氛为氨分解气氛；
8）将步骤7）得到的粉末破碎筛分，得到铜包覆复合粉末。
实施例3
1）将85kg不锈钢粉与15kg锌粉放入双锥形合批机中混合1.5h后取出，得到混合粉末；
2）将混合好的粉末置于有氨分解气钢带还原炉中加热，加热温度为700℃；
3）扩散后的粉末结块，进行破碎筛分，得到混合粉末；
4）称取60kgCuSO4·H2O溶入500L水中，过滤除杂后加入16L浓硫酸和60g丙烯基硫脲，搅拌均匀，得到混合液；
5）将步骤3）制备的混合粉末溶于混合液中，搅拌反应，随后加入少量的硫酸调节pH至5，直至反应完全；
6）采用连续式快速离心分离装置将步骤5）中的沉淀物分离出来，并采用去离子水清洗沉淀至中性；
7）将步骤6）得到的粉末置于干燥还原炉内进行干燥，温度控制为800℃，保护气氛为氨分解气氛；
8）将步骤7）得到的粉末破碎筛分，得到铜包覆复合粉末。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铜包覆复合粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将75wt%～85wt%的不锈钢粉与15wt%～25wt%的锌粉混合，在保护气氛下加热，破碎筛分，得到混合粉末；
将硫酸铜溶液、硫酸和丙烯基硫脲混合，得到混合液；
将所述混合粉末和所述混合液混合，反应后得到铜包覆复合粉末。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，得到混合粉末的步骤中所述混合的时间为0.5～2h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护气氛为氨分解气。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为500～700℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合粉末的目数为80目～450目。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫酸与所述混合粉末的配比为1.48mol～2.95mol：1kg。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述丙烯基硫脲与所述混合粉末的质量比为0.0003～0.0006：1。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，得到铜包覆复合粉末的步骤具体为：
将所述混合粉末与所述混合液混合，反应后加入稀硫酸，得到沉淀；
将所述沉淀清洗和干燥，得到铜包覆复合粉末。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为600～800℃。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的气氛为氨分解气。
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