CN103981394B - 一种锌-镍合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锌-镍合金制备方法，能够通过较低的反应温度使得锌、镍粉末有效的扩散合金化以形成中间相，从而能够有效避免锌-镍合金制备过程中锌的挥发和氧化，以节省成本并获得所需目标成分的锌-镍合金。
Description
技术领域
本发明涉及一种有色冶金的技术领域，特别是一种锌-镍合金及其制备方法。
背景技术
锌-镍合金作为一种常见的合金体系具有广泛的用途，最主要是被用来作为钢材热镀锌过程中使用的母合金液，来实现钢材的镀锌以提高钢材的表面耐蚀性和美观性，当然锌-镍合金也常常需要作为其他冶金过程的中间合金。
传统的锌-镍合金的制备方法例如专利号CN01106889.2中提及的是在感应熔炼炉中，将锌块熔化，并将炉温调控到高于合金熔点，然后加入海绵镍使其尽量快速熔化，随后再次升高熔体温度至合金熔点150-200℃，以得到成分均匀的锌-镍合金。而专利号为CN93110092.5的则是采用覆盖剂的方式覆盖锌熔体，然后将切成小块的镍片逐次搅拌加入锌熔体中，以减少和避免锌的高温挥发和氧化损失。
由上述方法可知，采用现有常用的将构成目标合金的各个金属块按一定顺序添加加热熔融的方法来制备锌-镍合金时，由于镍的熔点很高约为1455℃，而锌的沸点也仅为907℃，这使得镍才将将处于熔融状态时，锌已经挥发或者剧烈氧化掉了，从而既难于有效制得所需要的合金材料，也浪费掉大量的锌原材料而无谓增加了成本。虽然如前所述的方法，通过将小块的金属锌或者小块的金属镍投入到另一种熔体中，通过反复的添加，以减少锌的挥发或者氧化，然而这只是一定程度上缓解了问题，而并未解决问题，并且反复逐次添加延长了整个制备程序，也容易造成挥发的锌冷却沉积在炉体侧壁而影响设备的使用寿命。
如何能够解决上述问题，并且制备出成分均匀的锌-镍合金具有重要的研究意义和广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种锌-镍合金及其制备方法，其主要包括以下步骤：
一、配料：按合金目标成分含量配比称取如下原料组成，以重量百分比计，Ni的含量为30-40wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；其中所述的Ni和Zn的原料为纯度超过99.99％的纯金属粉末，粉末的粒径为20-30μm。
二、混合：将配好的原料在真空球磨机设备中实施施法球磨，球磨时间为20-50h，球磨后在真空条件下烘干；
三、热压：将混合好的粉料填充到活塞式反应容器中，并将活塞式反应容器置于氩气保护的热压设备中，反应容器与热压设备的间隙采用粉末填充以传导热量和压力，所述热压的条件为，温度650-800℃，压力为10-20MPa，热压时间为3-5h。
进一步优选的，所述Ni的粉末粒径为20-25μm，所述Zn的粉末粒径为25-30μm；
进一步优选的，所述混合的真空度为5Pa以下，球磨时间为40h；
进一步优选的，所述反应容器和填充用粉末的材质均为氧化铝；
进一步优选的，热压升温过程中的升温速率为15-20℃/min，温度为750℃，压力为15MPa，热压时间为3h。
本发明的优点在于：能够通过较低的反应温度使得锌、镍粉末有效的扩散合金化以形成中间相，从而能够有效避免锌-镍合金制备过程中锌的挥发和氧化，以节省成本并获得所需目标成分的锌-镍合金。
其中，为了保证在反应过程中不掺入过多杂质和氧化，应当满足Ni和Zn的纯度超过99.99％；而粉末的粒径不能过大，超过30μm的粉末会使得热压过程的扩散合金化变得极为困难，从而难以获得成分均匀的合金，而粉末的粒径过小如小于20μm则由于粉末本身的活性过高而难以避免地发生氧化等从而阻碍了锌、镍粉末的的有效扩散，特别的，尽量将镍粉末的粒径减小，以在锌熔化后更好地扩散到镍粉末中以完成扩散合金化，优选Ni的粉末粒径为20-25μm而Zn的粉末粒径为25-30μm；由于粉末粒径较小，球磨过程中必须保证足够的真空，最好控制在真空度为5Pa以下，同时为了混合充分均匀，必须保证足够的混合时间，优选40h；热压的温度不宜过低，以保证锌的充分熔融以及扩散形成合金相的需要，至少应超过650℃，但本发明的目的即为控制反应温度在较低条件以避免锌的挥发，因此最高不要超过800℃，750℃是综合得到的最适宜的温度；同时为保证扩散合金化的充分进行，施加的压力应当至少为10MPa，热压时间至少为3h，但20MPa和5h的反应时间是足够的条件，继续增大热压压力盒反应时间并不会获得更为均匀的合金体系。最终，通过本发明的制备方法，即可获得制备合金体系与称配原料组分基本一致的锌-镍合金。
具体实施方式
实施例1.
一、配料：按合金目标成分含量配比称取如下原料组成，以重量百分比计，Ni的含量为30wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；其中所述的Ni和Zn的原料为纯度超过99.99％的纯金属粉末，Ni粉末的粒径为20μm，Zn粉末的粒径为30μm。
二、混合：将配好的原料在真空球磨机设备中实施施法球磨，球磨时间为20h，球磨后在真空条件下烘干；
三、热压：将混合好的粉料填充到活塞式反应容器中，并将活塞式反应容器置于氩气保护的热压设备中，反应容器与热压设备的间隙采用粉末填充以传导热量和压力，所述热压的条件为，温度650℃，压力为10MPa，热压时间为3h。
制备完成后得到锌-镍合金的组成为Ni33Zn67。
实施例2.
一、配料：按合金目标成分含量配比称取如下原料组成，以重量百分比计，Ni的含量为35wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；其中所述的Ni和Zn的原料为纯度超过99.99％的纯金属粉末，Ni粉末的粒径为20μm，Zn粉末的粒径为30μm。
二、混合：将配好的原料在真空球磨机设备中实施施法球磨，球磨时间为20h，球磨后在真空条件下烘干；
三、热压：将混合好的粉料填充到活塞式反应容器中，并将活塞式反应容器置于氩气保护的热压设备中，反应容器与热压设备的间隙采用粉末填充以传导热量和压力，所述热压的条件为，温度750℃，压力为15MPa，热压时间为4h。
制备完成后得到锌-镍合金的组成为Ni38Zn62。
实施例3.
一、配料：按合金目标成分含量配比称取如下原料组成，以重量百分比计，Ni的含量为40wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；其中所述的Ni和Zn的原料为纯度超过99.99％的纯金属粉末，Ni粉末的粒径为20μm，Zn粉末的粒径为30μm。
二、混合：将配好的原料在真空球磨机设备中实施施法球磨，球磨时间为50h，球磨后在真空条件下烘干；
三、热压：将混合好的粉料填充到活塞式反应容器中，并将活塞式反应容器置于氩气保护的热压设备中，反应容器与热压设备的间隙采用粉末填充以传导热量和压力，所述热压的条件为，温度800℃，压力为20MPa，热压时间为5h。
制备完成后得到锌-镍合金的组成为Ni45Zn55。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种锌-镍合金制备方法，其特征在于：
一、配料：按合金目标成分含量配比称取如下原料组成，以重量百分比计，Ni的含量为30-40wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；其中所述的Ni和Zn的原料为纯度超过99.99％的纯金属粉末，所述Ni的粉末粒径为20-25μm，所述Zn的粉末粒径为25-30μm；
二、混合：将配好的原料在真空球磨机设备中实施湿法球磨，球磨后在真空条件下烘干，混合的真空度为5Pa以下，球磨时间为40h；
三、热压：将混合好的粉料填充到活塞式反应容器中，并将活塞式反应容器置于氩气保护的热压设备中，反应容器与热压设备的间隙采用粉末填充以传导热量和压力，所述热压的条件为，温度750-800℃，压力为10-20MPa，热压时间为3-5h。
2.根据权利要求1所述的锌-镍合金制备方法，其特征在于：作为优选的，所述反应容器和填充用粉末的材质均为氧化铝。
3.根据权利要求1所述的锌-镍合金制备方法，其特征在于：作为优选的，热压升温过程中的升温速率为15-20℃/min，温度为750℃，压力为15MPa，热压时间为3h。
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