CN113199021A - 一种建筑材料用高性能镁合金复合粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建筑材料用高性能镁合金复合粉体及其制备方法，属于建筑材料加工技术领域。本发明所述镁合金复合粉体由如下质量百分比的原料制成：镁合金粉末83‑91％、含磷化合物4.5‑8.5％、含镍化合物4.5‑8.5％，通过特定球磨工艺将镁合金粉末、含磷化合物、含镍化合物制备成镁合金复合粉体。本发明原料中含磷化合物和含镍化合物中的磷、镍都是耐腐蚀元素，且具有较高硬度，将其添加至镁合金粉末中，在高能球磨条件下经化学反应键合为Mg‑Ni‑P饱和的固溶体粉末，该粉末具有良好的耐腐蚀性能，制成的成品材料具有较高的硬度，符合建筑材料应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑材料用高性能镁合金粉体及其制备方法，属于建筑材料加工技术领域。
背景技术
建筑材料占建筑成本的60％以上，在建筑工业中占有非常重要的地位。建筑材料的轻量化、功能化和绿色化是全球发展的趋势。对降低能耗、减少污染有极其重要的意义。金属结构建筑是建筑结构变革的发展方向之一，工业发达国家越来越重视金属结构建筑的应用。如何实现轻量化、功能化和绿色化是建筑用金属材料的重要研究方向。镁合金作为资源丰富的战略性新材料，由于密度低、比强度高、功能特性好、100％能循环利用等特点获得了世界各国的高度关注。镁合金的这些性能优点很好体现了轻量化、功能化和绿色化的现代发展需求，在建筑材料中有非常重要的应用价值。因此，开拓镁合金在建筑领域的应用对建筑工业的升级和镁合金更大范围的推广应用都有极其重要的意义。
建筑的轻量化不仅是建筑安全的重要措施——特别在应对自然灾害(如地震)时，可以大大地减少灾害损失，特别是人员伤亡，且制备安装过程中可以少用或不用大型工程设备，降低能耗、提高效率、降低制造成本。轻量化构件的应用，也有利于建筑向大型构件组合化过渡。同时建筑结构轻量化可使基础设计建筑更经济、更合理。因此，建筑结构的轻量化是建筑设计建造过程中需要考虑的重要问题。
但镁合金化学性质活泼，极易腐蚀，表面硬度低，容易划伤，严重制约了镁合金在建筑材料领域的广泛使用。鉴于此，亟需一种特殊改性方法对镁合金进行处理，使其耐腐蚀、硬度等性能满足建筑材料要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供一种轻量化、高硬度、耐腐蚀性能优异的建筑用镁合金复合粉体材料。
本发明的上述目的可以通过下列技术方案来实现：一种建筑材料用高性能镁合金复合粉体，所述镁合金复合粉体由如下质量百分比的原料制成：镁合金粉末83-91％、含磷化合物4.5-8.5％、含镍化合物4.5-8.5％。
工业金属材料中镁的电极电位较低(-0.23V)，活性高，因此，一般情况下镁与其他金属接触时会优先遭到腐蚀，进而影响其在对耐腐蚀性能要求较高的行业领域中的应用，比如说建筑行业，而含磷化合物和含镍化合物中的磷、镍都是耐腐蚀元素，且同时又具有较高硬度，将含磷化合物、含镍化合物与镁合金粉末配伍制成的粉体材料不仅具有良好的耐腐蚀性能，还具有较高的硬度。
作为优选，所述镁合金粉末为镁铝合金粉末或镁锰合金粉末中的至少一种。
作为优选，所述镁合金粉末、含磷化合物、含镍化合物的粒度均为50-800目。发明人经过大量试验发现，选择该粒度范围下的原料制备得到的复合粉体更有利于后续构件的烧结或3D打印。
作为优选，所述含磷化合物为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸三铵中的至少一种。
作为优选，所述含镍化合物为氧化镍、氢氧化镍中的至少一种。
本发明的另一个目的是提供一种上述高性能镁合金复合粉体的制备方法，所述制备方法包括(1)按上述质量百分比分别称取原料镁合金粉末、含磷化合物、含镍化合物；(2)将称取的原料与有机溶剂混合后球磨，制得镁合金复合粉体。
本发明将镁合金粉末和含镍化合物、含磷化合物在高能球磨条件下经化学反应键合为Mg-Ni-P饱和的固溶体粉末，该粉末具有良好的耐腐蚀性能。
作为优选，所述有机溶剂的质量浓度为90-99.9％，有机溶剂与所有原料按体积比(1-50)：1混合。
作为优选，所述有机溶剂为不饱和脂肪酸或醇。
进一步优选，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、脂肪酸、柠檬酸中的至少一种。
作为优选，所述球磨过程中研磨珠的直径为0.1-5mm，球料比为(1-100)：1，球磨时间为1-12h。将球磨参数控制在上述范围，对粒度为50-800目的原料具有更佳的球磨效果，使得原料物质间进行更加充分的反应，促使化学键更为紧密的结合。
作为优选，所述球磨转速为100-1500r/min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过在原料组分中添加含镍化合物、含磷化合物，并通过特定条件的高能球磨，使得镁合金粉末、含镍化合物、含磷化合物间产生化学反应，键合生成具有良好的耐腐蚀性能的Mg-Ni-P固溶复合粉末。工艺简单、成本低廉、可重复性好、所制备的镁基复合材料耐腐蚀性能良好、硬度高，可广泛应用于建筑材料领域。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。以下实施例采用AZ63镁合金粉末加以展开，但不限于此。
本发明实施例过程为：
(1)按质量百分比分别称取AZ63镁合金粉末83-91％、含磷化合物4.5-8.5％、含镍化合物4.5-8.5％；所述镁合金粉末、含磷化合物、含镍化合物的粒度均为50-800目；所述含磷化合物为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸三铵中的至少一种；所述含镍化合物为氧化镍、氢氧化镍中的至少一种；
(2)将称取的原料与有机溶剂混合后进行球磨，即得镁合金复合粉体；有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、脂肪酸、柠檬酸中的至少一种；所述球磨过程中研磨珠的直径为0.1-5mm，球料比为(1-100)：1，球磨转速为100-1500r/min，球磨时间为1-12h。
实施例1
(1)按质量百分比分别称取粒度均为50-800目的AZ63镁合金粉末83％、磷酸氢二铵8.5％、氧化镍8.5％；
(2)将称取的原料与甲醇按体积比按1：1混合后进行球磨，即得镁合金复合粉体；所述球磨过程中研磨珠的直径为0.1mm，球料比为1：1，球磨转速为1500r/min，球磨时间为1h。
实施例2
(1)按质量百分比分别称取粒度均为50-800目的镁合金粉末85％、磷酸二氢铵8％、氢氧化镍7％；
(2)将称取的原料与丙醇按体积比按10：1混合后进行球磨，即得镁合金复合粉体；所述球磨过程中研磨珠的直径为1mm，球料比为20：1，球磨转速为800r/min，球磨时间为8h。
实施例3
(1)按质量百分比分别称取粒度均为50-800目的AZ63镁合金粉末88％、磷酸三铵3.5％、磷酸氢二铵4％、氢氧化镍4.5％；
(2)将称取的原料与脂肪酸按体积比按30：1混合后进行球磨，即得镁合金复合粉体；所述球磨过程中研磨珠的直径为2.5mm，球料比为50：1，球磨转速为400r/min，球磨时间为6h。
实施例4
(1)按质量百分比分别称取粒度均为50-800目的AZ63镁合金粉末89％、磷酸二氢铵4.5％、氧化镍3.5％、氢氧化镍3％；
(2)将称取的原料与乙醇按体积比按40：1混合后进行球磨，即得镁合金复合粉体；所述球磨过程中研磨珠的直径为4mm，球料比为80：1，球磨转速为100r/min，球磨时间为12h。
实施例5
(1)按质量百分比分别称取粒度均为50-800目的AZ63镁合金粉末91％、磷酸三铵4.5％、氧化镍4.5％；
(2)将称取的原料与脂肪酸按体积比按50：1混合后进行球磨，即得镁合金复合粉体；所述球磨过程中研磨珠的直径为5mm，球料比为100：1，球磨转速为1000r/min，球磨时间为4h。
对比例1
与实施例3的区别仅在于，原料组分中不含有磷酸三铵、磷酸氢二铵。
对比例2
与实施例3的区别仅在于，原料组分中不含有氢氧化镍。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，原料组分中不含有磷酸三铵、磷酸氢二铵、氢氧化镍。
对比例4
与实施例3的区别在于，采用同等转速的搅拌机对原料进行搅拌混合。
本发明实施例及对比例采用的测试手段如下：
(1)将实施例1-5及对比例1-4的复合粉末经压制、烧结制成镁基复合材料，采用TUKON21显微硬度计测定其硬度。
(2)将实施例1-5及对比例1-4中的复合粉末于pH＝3酸性溶液中浸泡72小时。
实施例1-5及对比例1-4获得产品性能测试结果如表1所示；
表1：实施例1-5及对比例1-4获得产品性能测试结果
从表1的测试结果可以看出，对比例1-4原料组分中不含有磷化合物或镍化合物中的一种或两种或制粉方式改变时，制备的复合粉末在酸液中浸泡后均有不同程度的起泡出现，而采用本发明技术方案的实施例1-5制备的复合粉末在pH＝3的酸性溶液中浸泡72小时后，未出现起泡现象，说明耐腐蚀性能明显改善，采用复合粉末制备的镁基复合材料相比对比例3中的镁合金本体硬度大幅度提高，可满足建筑材料对耐腐性和硬度的要求。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如未特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一性组合。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (10)
1.一种建筑材料用高性能镁合金复合粉体，其特征在于，所述镁合金复合粉体由如下质量百分比的原料制成：镁合金粉末83-91％、含磷化合物4.5-8.5％、含镍化合物4.5-8.5％。
2.根据权利要求1所述的镁合金复合粉体，其特征在于，所述镁合金粉末为镁铝合金粉末或镁锰合金粉末中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的镁合金复合粉体，其特征在于，所述含磷化合物为磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸三铵中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的镁合金复合粉体，其特征在于，所述含镍化合物为氧化镍、氢氧化镍中的至少一种。
5.一种如权利要求1所述的镁合金复合粉体的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：(1)按上述质量百分比分别称取原料镁合金粉末、含磷化合物、含镍化合物；(2)将称取的原料与有机溶剂混合后球磨，即得镁合金复合粉体。
6.根据权利要求5所述的镁合金复合粉体的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂的质量浓度为90-99.9％，有机溶剂与所有原料按体积比(1-50)：1混合。
7.根据权利要求5或6所述的镁合金复合粉体的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为不饱和脂肪酸或醇。
8.根据权利要求7所述的镁合金复合粉体的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、脂肪酸、柠檬酸中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的镁合金复合粉体的制备方法，其特征在于，所述球磨过程中研磨珠的直径为0.1-5mm，球料比为(1-100)：1，球磨时间为1-12h。
10.根据权利要求5所述的镁合金复合粉体的制备方法，其特征在于，所述球磨转速为100-1500r/min。
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2021
- 2021-04-09 CN CN202110381561.0A patent/CN113199021B/zh active Active
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| 张高会，江影: "《中级物理实验》", 31 January 2014, 北京：兵器工业出版社, pages: 53 - 56 * |
Also Published As
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| CN113199021B (zh) | 2022-12-13 |
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