CN106964771B - 一种超细Mg粉含氧量的控制方法、抗氧化能力的表征方法 - Google Patents
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Abstract
一种超细Mg粉含氧量的控制方法、抗氧化能力的表征方法，涉及超细Mg粉的氧含量调控技术领域。利用环己醇对其进行表面改性以获得分散性和流动性较好、氧含量较低的表面改性产物；先将有机硅分散剂和环己醇混合均匀，加入超细Mg粉再次混合均匀，最后固液分离、干燥获得改性产物。改性后超细Mg粉的抗氧化性能表征方法是采用电镜原位观察和能谱分析法，观察同一个颗粒的表面形态和化学组成，通过表面形态变化及其表面氧含量来评判其抗氧化能力。表面改性工艺和抗氧化能力表征简单，操作方便，成本低，适合批量处理。同时，改性后的超细Mg粉具有低的含氧量、良好的分散性和流动性以及高的抗氧化能力，可望用于3D打印等领域。
Description
技术领域
本发明涉及超细Mg粉的氧含量调控技术领域，具体是涉及一种超细Mg粉含氧量的控制方法、抗氧化能力的表征方法。
背景技术
Mg粉可用作炼钢脱硫、脱氧与球墨铸铁孕育剂，可用于信号弹、爆破及闪光弹，焊条的添加剂以及耐火材料等，用于生产Mg粉的主要方法有铣削法、球磨法、造粒法、雾化法和沉淀法等。不同生产方法获得的Mg粉的粒度及其氧含量各不同。而随着Mg粉粒度的不断减小，其氧含量也随之增加。而氧含量的高低也决定Mg粉的应用领域。为了提高超细Mg粉的抗氧化能力和拓展其应用领域，需要对超细Mg粉的氧含量进行精确的调控，对超细Mg粉进行表面改性处理是控制其氧含量的有效方法之一。目前，已采用的表面处理方法主要有两大类：钝化法和表面包覆法。所谓钝化法就是让Mg粉通过直接或间接手段使Mg颗粒表面产生部分氧化形成致密氧化层，从而隔绝氧化气氛。该方法原理简单，也能有效控制Mg颗粒的继续氧化，但处理后的Mg颗粒表面仍然存在一层镁氧化物，其氧含量还得不到有效控制。而表面包覆就是在Mg颗粒表面包覆一层有机或无机物质，从而达到阻止氧化之目的。此方法和钝化法一样，在Mg颗粒表面引入一层有机或无机物质，能有效控制Mg颗粒的继续氧化，但整个Mg粉体体系中氧含量仍然可能很高，从而限制其在3D打印等方面的应用。
发明内容
针对目前存在的上述技术问题，本发明提供了一种超细Mg粉含氧量的控制方法、抗氧化能力的表征方法。该控制方法工艺简单、成本低、适合工业化生产，可望用于3D打印粉体。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种超细Mg粉含氧量的控制方法，利用环己醇对其进行表面改性以获得分散性和流动性较好、氧含量较低的表面改性产物；先将有机硅分散剂和环己醇混合均匀，加入超细Mg粉再次混合均匀，最后固液分离、干燥获得改性产物。
作为本发明的超细Mg粉含氧量的控制方法的进一步优选，具体步骤如下：
①、按有机硅分散剂：环己醇＝1：100(V：V)将有机硅分散剂溶解在环己醇中，室温下超声分散10～30分钟，使之充分混合得到溶液a；
②、按有机硅分散剂：超细Mg粉＝1～6：5～10(mL：g)将超细Mg粉加入到溶液a中，室温下继续磁力搅拌40～120分钟，得到混合溶液b；
③、将上述混合溶液b进行抽滤，再将所得到的产物在真空干燥箱中干燥即可。
作为本发明的超细Mg粉含氧量的控制方法的进一步优选，有机硅分散剂为硅烷偶联剂KH550。超细Mg粉的粒径为小于50μm的产品。干燥处理时温度为60～100℃，干燥时间为3～9小时。
一种超细Mg粉的抗氧化能力的表征方法，步骤如下：
(1)将经过环己醇表面改性的超细Mg粉放置于Si片上并对Mg颗粒进行区域标记，然后在扫描电子显微镜下对所标记的Mg颗粒进行原位观察和组分分析；
(2)放置于空气中1、2、3和4个月后，分别将上述标记和观察过的Mg颗粒再次放置于扫描电子显微镜下，对同一个标记的Mg颗粒进行原位观察和组分分析，并记录变化过程。
优选地，原位观察和组分分析方法分别采用扫描电子显微分析法和面扫描能谱分析方法，以观察颗粒表面形态及其表面氧含量变化情况，来评判抗氧化能力。
本发明通过一种有机改性技术，对超细Mg粉的含氧量进行了控制。同时，研究了改性后的Mg粉抗氧化能力。在不同时间里，通过原位分析Mg颗粒表面状况和化学组成，优化出了环己醇改性后的超细Mg粉抗氧化能力的大小。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1.本发明实现了通过有机硅为分散剂，在室温下，通过环己醇直接改性超细Mg技术，为低氧含量的超细Mg的生产提供了一种新的途径。
2.本发明方法简单，整个改性工艺操作方便、条件易控、成本低廉、产物氧含量低、分散性和流动性、可批量处理。
3.本发明是采用常规有机硅分散剂与环己醇，在表面改性过程中产生的副产物少，且改性试剂可重复使用。
4.本发明获得的超细Mg粉具有较低的氧含量和良好流动性，可望用于3D打印粉体。
附图说明
图1是实施例1中采用含水环己醇改性后，单个Mg颗粒的SEM和EDS分析。
图2是实施例2中采用环己醇改性后，单个Mg颗粒的SEM和EDS分析。
图3是实施例2中采用环己醇改性后，两个Mg颗粒的SEM和EDS分析。
图4是实施例3中采用环己醇改性后，单个Mg颗粒的SEM分析((a)1月，(b)2个月，(c)3个月，(d)4个月)。
图5是实施例3中采用环己醇改性后，单个Mg颗粒放置4个月后的SEM和EDS分析。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的一种超细Mg粉含氧量的控制方法、抗氧化能力的表征方法作出进一步的详述。
实施例1
采用含水环己醇对超细Mg粉进行表面改性，具体步骤如下：
①、按水：环己醇＝1：100(V：V)将水与环己醇混合，室温下超声分散20分钟，使之充分混合得到溶液a；
②、按水：超细Mg粉＝1：10(mL：g)将超细Mg粉(粒径为小于50μm)加入到溶液a中，室温下继续磁力搅拌80分钟，得到混合溶液b；
③、将上述混合溶液b进行抽滤，再将所得到的产物在真空干燥箱中干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为6小时，得到改性后的超细Mg粉。
图1是实施例1中采用含水环己醇改性后，单个Mg颗粒的SEM和EDS分析。由图1a可看出，在该体系中进行改性后，Mg颗粒表面变得非常粗糙，由图1b进一步可以看出，颗粒表面的形态已经发生很大变化。图1c和d组成分析结果表明，在环己醇-水体系中，Mg颗粒将发生严重氧化。这个实验结果表面，在环己醇中不能引入水，哪怕是很少的水也可以加速Mg颗粒的表面氧化。
实施例2
采用环己醇-有机硅分散剂对超细Mg粉进行表面改性，具体步骤如下：
①、按有机硅分散剂：环己醇＝1：100(V：V)将有机硅分散剂(硅烷偶联剂KH550)溶解在环己醇中，室温下超声分散20分钟，使之充分混合得到溶液a；
②、按有机硅分散剂：超细Mg粉＝3：7(mL：g)将超细Mg粉(粒径为小于50μm)加入到溶液a中，室温下继续磁力搅拌60分钟，得到混合溶液b；
③、将上述混合溶液b进行抽滤，再将所得到的产物在真空干燥箱中干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为8小时，得到改性后的超细Mg粉。
图2是实施例2中采用环己醇改性后，单个Mg颗粒的SEM和EDS分析，由图2a可知在该实验条件下所获得的超细Mg颗粒表面较光滑，通过大范围能谱分析初步表明，其碳含量较高，而氧含量则较低(见图2b)。
为了进一步确定改性后的超细Mg粉颗粒表面氧含量的分布情况，我们采用面扫描的方式对少数颗粒进行元素面分析，其结果如图3所示。由图3b、c和d进一步可以看出，改性后的Mg颗粒表面氧含量很少，而碳含量显著增加。这说明超细Mg粉在环己醇中进行改性后，其表面氧化得到了初步的控制。
实施例3
实施例2初步证明，采用一定量的分散剂，在环己醇中对超细Mg粉进行表面改性可有效控制Mg颗粒表面的氧含量。然后，改性后的Mg粉其抗氧化时间长短，也即其抗氧化能力的强弱如何也是非常重要的。为此，我们设计了实验过程如下：
(1)将经过环己醇表面改性的超细Mg粉放置于Si片上并对Mg颗粒进行区域标记，然后在扫描电子显微镜下对所标记的Mg颗粒进行原位观察和组分分析。
(2)放置于空气中1、2、3和4个月后，分别将上述标记和观察过的Mg颗粒再次放置于扫描电子显微镜下，对同一个标记的Mg颗粒进行原位观察和组分分析，并记录变化过程。
上述原位观察和组分分析方法分别采用扫描电子显微分析法和面扫描能谱分析方法，以观察颗粒表面形态及其表面氧含量变化情况，来评判抗氧化能力。
图4是实施例3中采用环己醇改性后，单个Mg颗粒的SEM分析((a)1月，(b)2个月，(c)3个月，(d)4个月)，示出了Mg颗粒在空气中经历不同时间后其表面形态的变化规律。由图4a可以看出，经过改性后的超细Mg颗粒，放置于空气中1个月后，其表面产生的氧化裂纹较少；然后，随着放置时间的延长，其表面氧化裂纹数量呈增加趋势，放置于空气中4个月后，改性后的Mg颗粒表面的氧化裂纹增大导致了颗粒的脱落。同时，还看出，随着放置时间的增加，颗粒的半径在逐渐减少，可能与表面氧化产生裂纹和收缩有关。
图5是实施例3中采用环己醇改性后，单个Mg颗粒放置4个月后的SEM和EDS分析，可以看出，改性后的超细Mg颗粒放置于空气4个月后氧化也非常厉害。因此可以判断，采用环己醇直接改性超细Mg粉，可以使其在空气中稳定时间约为1个月左右。
实施例4
采用环己醇-有机硅分散剂对超细Mg粉进行表面改性，具体步骤如下：
①、按有机硅分散剂：环己醇＝1：100(V：V)将有机硅分散剂(硅烷偶联剂KH550)溶解在环己醇中，室温下超声分散10分钟，使之充分混合得到溶液a；
②、按有机硅分散剂：超细Mg粉＝1：5(mL：g)将超细Mg粉(粒径为小于50μm)加入到溶液a中，室温下继续磁力搅拌40分钟，得到混合溶液b；
③、将上述混合溶液b进行抽滤，再将所得到的产物在真空干燥箱中干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为9小时，得到改性后的超细Mg粉。
实施例5
采用环己醇-有机硅分散剂对超细Mg粉进行表面改性，具体步骤如下：
①、按有机硅分散剂：环己醇＝1：100(V：V)将有机硅分散剂(硅烷偶联剂KH550)溶解在环己醇中，室温下超声分散30分钟，使之充分混合得到溶液a；
②、按有机硅分散剂：超细Mg粉＝6：10(mL：g)将超细Mg粉(粒径为小于50μm)加入到溶液a中，室温下继续磁力搅拌120分钟，得到混合溶液b；
③、将上述混合溶液b进行抽滤，再将所得到的产物在真空干燥箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为3小时，得到改性后的超细Mg粉。
综上所述，本发明的控制方法及表征方法，其优点在于表面改性工艺和抗氧化能力表征简单，操作方便，成本低，适合批量处理。同时，改性后的超细Mg粉具有低的含氧量、良好的分散性和流动性以及高的抗氧化能力，可望用于3D打印等领域。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种超细Mg粉含氧量的控制方法，其特征在于，利用环己醇对其进行表面改性以获得分散性和流动性较好、氧含量较低的表面改性产物；先将有机硅分散剂和环己醇混合均匀，加入超细Mg粉再次混合均匀，最后固液分离、干燥获得改性产物；超细Mg粉的粒径为小于50μm的产品。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
①、按有机硅分散剂：环己醇＝1：100的体积比将有机硅分散剂溶解在环己醇中，室温下超声分散10～30分钟，使之充分混合得到溶液a；
②、按有机硅分散剂：超细Mg粉＝1mL～6mL：5g～10g将超细Mg粉加入到溶液a中，室温下继续磁力搅拌40～120分钟，得到混合溶液b；
③、将上述混合溶液b进行抽滤，再将所得到的产物在真空干燥箱中干燥即可。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，有机硅分散剂为硅烷偶联剂KH550。
4.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，干燥处理时温度为60～100℃，干燥时间为3～9小时。
5.一种表征依权利要求1所述方法改性的超细Mg粉的抗氧化能力的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将经过环己醇表面改性的超细Mg粉放置于Si片上并对Mg颗粒进行区域标记，然后在扫描电子显微镜下对所标记的Mg颗粒进行原位观察和组分分析；
(2)放置于空气中1、2、3和4个月后，分别将上述标记和观察过的Mg颗粒再次放置于扫描电子显微镜下，对同一个标记的Mg颗粒进行原位观察和组分分析，并记录变化过程。
6.如权利要求5所述的表征方法，其特征在于，原位观察和组分分析方法分别采用扫描电子显微分析法和面扫描能谱分析方法，以观察颗粒表面形态及其表面氧含量变化情况，来评判抗氧化能力。
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| Publication number | Publication date |
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