CN104475745B

CN104475745B - 球形黄铜合金粉末的制造方法

Info

Publication number: CN104475745B
Application number: CN201410730261.9A
Authority: CN
Inventors: 唐少龙; 雷成龙; 程振之; 黄海富; 都有为
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: CN104475745A

Abstract

本发明公开了一种球形黄铜合金粉末的制造方法，黄铜合金球形粉末的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)准备黄铜合金粉末；(2)准备黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的均匀混合粉末；(3)高温热处理使黄铜合金熔融并凝固成金属球；高温热处理的温度是达到或高于所述合金熔融的温度，优选是黄铜合金熔点温度以上10到80℃的范围内；然后迅速冷却；(4)分离碳材料粉末或陶瓷材料粉末获得微米、纳米黄铜合金球形粉末。本发明能制造出高球形度黄铜合金粉末工艺简单，成本低廉并适用大规模生产，黄铜合金粉末无宏观偏析、表面金属感强，可满足金属3D打印、印刷涂层装饰、喷(钎)焊金属粉末、金属过滤器应用。

Description

球形黄铜合金粉末的制造方法

技术领域

本发明属于金属粉末冶金领域，涉及粉体加工技术，具体地涉及一种黄铜合金球形粉末的制造方法。

背景技术

黄铜合金粉末俗称铜金粉，又称金粉。主要用于制造柔性印刷品颜料(高级画报、高档包装、香烟外壳、证券印刷)、金属过滤器、多孔元件、导管、自润滑轴承轴瓦、汽车船舶耐腐蚀零件以及摩擦材料，广泛应用于表面装潢修饰、印刷、医疗器械、机械工程、粉末冶金等行业。目前，不规则黄铜合金粉的研究和制造较为成熟，尤其是应用于金属颜料的鳞片状黄铜合金粉末。高质量高品相的球形黄铜合金粉末专利鲜有报道，一方面，大规模黄铜合金球形粉末制备较为困难，传统黄铜合金球形粉末主要采用雾化方法制备，然而，黄铜合金由于铜和锌的熔点相差太大，以及锌的饱和蒸汽压较高，在熔炼和雾化时，锌极易挥发，因此采用气雾化及水雾化工艺难以制备球形的黄铜合金粉，制备的颗粒也多为不规则或类球形，成分偏析严重。另一方面，传统雾化法制造的黄铜合金粉末流动性差、松装密度低，颗粒尺寸分布不均，很大程度上制约了黄铜合金粉末在金属3D打印、印刷涂层装饰、喷(钎)焊金属粉末、粉末冶金等领域的应用。

专利申请号CN201410462791.X公布了一种微米和纳米金属球形粉末的制造方法，提出通过金属液滴/碳材料或陶瓷材料界面(即：液/固界面)的方法制备微米、纳米金属球。该制备方法简单，环境友好。该专利提出了在真空或气氛中退火融化金属，对于包含饱和蒸汽压高的易挥发元素Zn的合金成分控制存在困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种无成分偏析的球形度高的球形黄铜合金粉末的制造方法。

为了实现以上目的，采用的技术方案：一种球形黄铜合金粉末的制造方法，具体步骤如下：

(1)准备黄铜合金粉末；

(2)准备黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的均匀混合粉末；

(3)高温热处理使黄铜合金熔融并凝固成金属球；高温热处理的温度是达到所述合金熔融的温度，优选是黄铜合金熔点温度以上10到80℃的范围内；；然后迅速冷却；

(4)分离碳材料粉末或陶瓷材料粉末获得微米、纳米黄铜合金球形粉末。

所述黄铜合金为铜锌合金，质量比50-90：5-40；以及在CuZn合金中添加Fe、Al、Mn、Si、Sn、Pb、Ni、Cr中一种或多种元素添加的复合铜锌合金；质量一般不大于15份。

准备所述黄铜合金原料粉末包括：1)通过真空熔炼黄铜合金，破碎成金属粉末，2)快淬成条带后破碎成金属粉末；3)通过金属氧化物或金属盐还原获得黄铜合金粉末如包括但不限于氧化铜,乙酸铜,氧化锌,乙酸锌等；4)通过雾化法或扩散合金法获得黄铜合金粉末；5)通过其他方法获得的黄铜合金粉末。

所述青铜合金原料粉末尺寸小于10mm,优选的尺寸范围在50nm～1mm。

碳材料粉末包括但不限于：石墨、石墨烯、金刚石、碳粉或煤粉以及它们二种或二种以上的混合物；

陶瓷材料粉末包括但不限于：碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它们二种或二种以上的混合物。

准备黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的均匀混合粉末的方法：1)将黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末混合的方法,i)采取机械方法均匀混合；ii)在液体(水、乙醇等)中搅拌均匀混合；iii)通过分散剂辅助分散后，与碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，混合后干燥得到用碳材料或用陶瓷材料包覆的黄铜合金颗粒的均匀的混合粉末；2)以上述方式将金属氧化物或金属盐与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末混合，在还原气氛中(如氢气、氨气、一氧化碳等)退火，得到黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的均匀混合粉末。

所述黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的质量比应满足所称量的黄铜合金粉末的总表面积小于所配比的碳材料粉末或陶瓷材料粉末的总表面积；黄铜合金粉末的质量在金属/碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合物中所占质量比在1％到98％之间。所述碳材料粉末或陶瓷材料粉末可以是任意大小的尺寸，优选的尺寸范围为10nm-100um。碳材料粉末或陶瓷材料粉末的形貌可以是片状、球状、线状、管状或其他形状。

将混合均匀的黄铜合金/碳材料或陶瓷材料混合粉末在真空或气氛(包括氢气、一氧化碳、氮气、氩气和氨气等)中熔融热处理，温度：达到或高于合金的熔点，优选的温度为高于黄铜合金熔点10～150℃；保温时间：保证黄铜合金完全熔化，优选时间为1min～10min；冷却方式：快冷，液体中液冷或空气中急冷(风力助冷，使冷却速度在每分钟50度以上)，让金属固体颗粒保持液态金属球的形状，同时，可以克服合金材料成分宏观偏析和减少碳材料或陶瓷材料高温下向金属颗粒的扩散。

上述所采用气氛中(如氢气、一氧化碳、氮气、氩气和氨气等)熔融热处理合金，气氛压强为一个标准大气压或高于一个标准大气压，优选高于一个标准大气压的气氛压强不小于0.1MPa。

将热处理的金属/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末分离，获得微米或纳米金属球形粉末。清洗方法包括：1)在液体(如：水或有机溶剂等)中浸泡后，利用金属与碳材料或与陶瓷材料大的密度差，超声清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，获得黄铜合金球形粉末；2)在液体中浸泡后，采用离心、过滤的方法获得黄铜合金球形粉末；3)利用黄铜合金颗粒与碳材料或与陶瓷材料的形状、大小不同，使用合适的筛子将二者分离。

本发明的有益效果，本发明提出对含Zn合金进行高压退火的方式，解决了Zn等元素饱和蒸汽压较高，易挥发的问题，制备的黄铜合金球球形度高，表面质量好，金属感强。根据本发明，制备金属球的原理清晰，制造黄铜合金球形粉末的工艺方法简单，适用于制造多元素添加的黄铜合金球形粉末，解决了Zn等元素饱和蒸汽压较高，易烧损的问题，粉末球形度高，表面金属感强，无宏观偏析，制造过程中作固体分散剂用的碳材料或陶瓷材料分离后可循环使用，制造成本低，生产效率高，是一种环境友好、可规模化生产微米或纳米黄铜合金球形粉末的制造方法。热处理可在常压或高压气氛条件下进行，制造的黄铜合金粉末可以满足在金属3D打印、印刷涂层装饰、喷(钎)焊金属粉末、金属过滤器、粉末冶金等领域的广泛应用。

附图说明

图1通过本发明的制造方法得到的Cu70Zn30黄铜合金球形粉的扫描电子显微镜照片；

图2通过本发明的制造方法得到的Cu60Zn40黄铜合金球形粉的X射线衍射图；

图3通过本发明的制造方法得到的Cu60Zn30Sn10黄铜合金球形粉的扫描电子显微镜照片；

具体实施方式

以下是本发明制造球形黄铜合金粉末的实施案例。

实施例1

将混合好的黄铜(Cu70Zn30，质量百分比)合金/石墨烯混合粉放入氧化铝坩埚中，坩埚放进退火炉的非加热区，抽真空到6×10^-3Pa,通入氩气至压强0.22MPa，推入装有黄铜合金/石墨烯粉的坩埚到1000℃的加热区，保温3分钟后，将装有黄铜合金/石墨烯粉的坩埚拉出加热区水淬冷却。

用水浸泡黄铜合金/石墨烯混合粉，通过超声清洗得到黄铜合金微米球形粉末。图1为得到的黄铜合金球外观的扫描电子显微镜照片，球形颗粒尺寸在10-30um左右。根据本发明的金属球形粉末的制造方法，如图1所示，确认能够得到黄铜合金微米球。

实施例2

将混合好的黄铜(Cu60Zn40，质量百分比)合金/纳米石墨混合粉放入氧化铝坩埚中，坩埚放进退火炉的非加热区，抽真空到6×10^-3Pa,通入氩气至压强0.22MPa，推入装有黄铜合金/纳米石墨粉的坩埚到950℃的加热区，保温5分钟后，将装有黄铜合金/石墨烯粉的坩埚拉出加热区风冷迅速冷却。

用水浸泡黄铜合金/石墨烯混合粉，通过超声清洗得到黄铜合金微米球形粉末。图2为得到的黄铜合金Cu60Zn40球形粉末X射线衍射，根据本发明的金属球形粉末的制造方法，如图2所示，确认能够得到黄铜合金球形粉末为α和β共存相，与铜锌合金平衡相图一致，无宏观偏析，表明Zn成分无烧损。

实施例3

将混合好的黄铜(Cu60Zn30Sn10，质量百分比)合金/石墨混合粉放入氧化铝坩埚中，坩埚放进退火炉的非加热区，抽真空到6×10^-3Pa,通入氩气至压强0.1MPa，推入装有黄铜合金/纳米石墨粉的坩埚到950℃的加热区，保温5分钟后，将装有黄铜合金/石墨烯粉的坩埚拉出加热区风冷冷却。

用水浸泡黄铜合金/石墨烯混合粉，通过超声清洗得到黄铜合金微米球形粉末。图3为得到的黄铜合金球(Cu60Zn30Sn10，质量百分比)外观的扫描电子显微镜照片，球形颗粒尺寸在20-30um左右。根据本发明的金属球形粉末的制造方法，如图3所示，确认能够得到黄铜合金微米球。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种球形黄铜合金粉末的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）准备黄铜合金粉末；

（2）准备黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的均匀混合粉末；

（3）高温热处理使黄铜合金熔融并凝固成金属球；高温热处理的温度是高于黄铜合金熔点温度以上10℃到80℃的范围内；然后迅速冷却；

（4）分离碳材料粉末或陶瓷材料粉末获得微米或纳米黄铜合金球形粉末；

所述黄铜合金为CuZn合金，质量比50-90：5-40；在CuZn合金中添加Fe、Al、Mn、Si、Sn、Pb、Ni、Cr中一种或多种元素的复合铜锌合金，质量不大于15份。

2.根据权利要求1所述的球形黄铜合金粉末的制造方法，其特征在于：准备所述黄铜合金粉末包括：1）通过真空熔炼黄铜合金或快淬成条带后破碎成金属粉末；2）通过金属氧化物或金属盐还原获得黄铜合金粉末；3）通过雾化法、扩散合金法获得黄铜合金粉末。

3.根据权利要求2所述的球形黄铜合金粉末的制造方法，其特征在于：所述黄铜合金粉末粒径范围在50nm～1mm。

4.根据权利要求1中所述的球形黄铜合金粉末的制造方法，其特征在于：碳材料粉末为石墨、石墨烯、金刚石、碳粉或煤粉以及它们二种以上的混合物；陶瓷材料粉末为碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷以及它们二种以上的混合物。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的球形黄铜合金粉末的制造方法，其特征在于：

（1）准备黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的均匀混合粉末的步骤：1）将黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末混合的方法：i）采取机械方法均匀混合；ii）在水或乙醇中搅拌均匀混合；iii）通过分散剂辅助分散后，与碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合，混合后干燥得到用碳材料或用陶瓷材料包覆的黄铜合金颗粒的均匀的混合粉末；

或金属氧化物与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末混合的步骤：2）以上述步骤1）均匀混合粉末方式将金属氧化物与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末混合，在还原气氛中退火，得到黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的均匀混合粉末；

（2）所述黄铜合金粉末与碳材料粉末或与陶瓷材料粉末的质量比应满足所称量的黄铜合金粉末的总表面积小于所配比的碳材料粉末或陶瓷材料粉末的总表面积；黄铜合金粉末的质量在金属/碳材料粉末或陶瓷材料粉末混合物中所占质量比在1%到98%之间；所述碳材料粉末或陶瓷材料粉末粒径范围为10nm-100um；碳材料粉末或陶瓷材料粉末的形貌是片状、球状、线状、管状；

（3）将混合均匀的黄铜合金/碳材料或陶瓷材料混合粉末在真空或保护性或还原性气氛中熔融热处理，温度：温度为高于黄铜合金熔点10-80^oC；保温时间：1 min-10 min，保证黄铜合金完全熔化；冷却方式：快冷，让金属固体颗粒保持液态金属球的形状，同时，克服合金材料成分宏观偏析和减少碳材料或陶瓷材料高温下向金属颗粒的扩散；

（4）将热处理的金属/碳材料或陶瓷材料混合粉末中的碳材料粉末或陶瓷材料粉末分离，获得微米或纳米金属球形粉末；包括如下方法之一：1）在水或有机溶剂中浸泡后，利用金属与碳材料或与陶瓷材料大的密度差，超声清洗，除掉碳材料粉末或陶瓷材料粉末，获得黄铜合金球形粉末；2）在液体中浸泡后，采用离心、过滤的方法获得黄铜合金球形粉末；3）利用黄铜合金颗粒与碳材料或与陶瓷材料的形状、大小不同，使用合适的筛子将二者分离。

6.根据权利要求5所述的球形黄铜合金粉末的制造方法，其特征在于：上述所采用保护性或还原性气氛中熔融热处理合金，气氛压强为一个标准大气压或高于一个标准大气压。