CN1219439C

CN1219439C - 纳米核壳式铜－锡双金属粉体及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN1219439C
Application number: CN 200310108339
Authority: CN
Inventors: 赵斌; 牟国俊
Original assignee: Weilai New Material Science And Technology Co Ltd Shanghai
Current assignee: Weilai New Material Science And Technology Co Ltd Shanghai
Priority date: 2003-11-03
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2023-11-03
Also published as: CN1539577A

Abstract

本发明属于双金属粉体及其制备和应用的技术领域，尤其涉及一种铜和锡的双金属粉体及其制备方法。解决了单质纳米铜粉容易氧化的缺陷并且改善或提高了普通铜锡合金粉的使用效果。本发明首先参照现有技术制备一种纳米球形铜粉，然后将此铜粉在水中搅拌分散均匀制成铜粉的悬浊液，并将铜粉的悬浊液与有高分子保护剂和特种铜配位剂硫脲存在的氯化亚锡溶液混合，使亚锡离子与铜发生置换反应，并在铜超微粒子的表面部分或全部包覆锡，形成一种核壳式铜—锡双金属纳米粉体。该双金属粉体可以作为润滑油及润滑脂极压抗磨添加剂，在粉末冶金中作添加剂，或作为多孔材料、抗菌材料、防污涂料、导电材料、自润滑材料、减摩材料、金刚石工具、以及电碳制品的原料或添加剂。

Description

纳米核壳式铜—锡双金属粉体及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于双金属粉体及其制备和应用的技术领域，尤其涉及一种铜和锡的双金属粉体及其制备方法，该双金属粉体可以作为润滑油及润滑脂极压抗磨添加剂，在粉末冶金中作添加剂，或作为多孔材料、抗菌材料、防污涂料、导电材料、自润滑材料、减摩材料、金刚石工具、以及电碳制品的原料或添加剂。

技术背景

纳米粉体由于具有许多传统材料所没有的独特的物理和化学性质，因而得到了广泛的重视，成为当今国内外研究的热门课题之一。把纳米材料应用于润滑油中更是一个非常有应用前景的多学科交叉的研究领域。据文献[TrenieIznos，20(3)，333-338(Russian)1999]报道俄罗斯的科学家将纳米铜粉加入润滑油中进行实验发现，润滑性能显著提高，机械磨损降低了3-3.5倍并且摩擦负荷提高了一倍，润滑油的摩擦学性能良好。然而，单质铜在空气中很容易被氧化。文献《化学通报》1996年第10期55～58页，刘志杰、赵斌等人报道了纳米铜粉在常温干燥的情况下就会被氧化成土黄色的氧化亚铜。这限制了纳米铜粉在润滑油及润滑脂等各领域中的应用。一般铜锡合金粉目前应用也较广，可用作防污、金刚石、电碳制品的原料或添加剂以及粉末冶金添加剂等产品，但是如果采用纳米铜锡粉效果将会显著提高。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题之一在于解决单质纳米铜粉在空气中容易被氧化，提供一种不易被氧化的纳米核壳式铜—锡双金属粉体。本发明所需要解决的技术问题之二在于公开一种制备成本较低的、易于实现工业化的纳米核壳式铜—锡双金属粉体的制备方法。本发明所需要解决的技术问题之三在于公开所说的纳米核壳式铜—锡双金属粉体在润滑油、抗菌剂等领域的应用。

本发明的构思是这样的：

首先参照现有技术制备一种纳米球形铜粉，然后将此铜粉在水中搅拌分散均匀制成铜粉悬浊液，并将铜粉的悬浊液与有高分子保护剂和特种铜配位剂硫脲存在的氯化亚锡溶液混合，使亚锡离子与铜发生置换反应，并在铜超微粒子的表面部分或全部包覆锡，形成一种核壳式铜—锡双金属纳米粉体。

本发明的技术方案为：纳米核壳式铜—锡双金属粉体，其组成组分和重量百分含量为：

铜：80％～92％

锡：8％～20％

在所说的双金属粉体中，铜粒子的表面部分或全部被锡所包覆，形成一种铜—锡双金属粉体，该双金属粉体粒子的形态为球形或近球形，单个粒子大小大约为50～100nm。

上述纳米核壳式铜—锡双金属粉体的制备包括以下步骤：

a、先采用文献《化学通报》1996年第10期55～58页，刘志杰、赵斌等人

报道的技术制备好2g纳米球形铜粉，并将该铜粉加50ml水搅拌分散均匀制成铜粉的悬浊液；

b、然后将5g/L～60g/L的高分子保护剂、6g/L～18g/L的二水合氯化亚锡、45g/L～90g/L的铜配位剂硫脲的混合液，与铜粉的悬浊液混合，根据铜锡粉中的铜锡含量决定溶液的配比；

c、在25～80℃的条件下，搅拌5～30分钟，即可获得纳米核壳式铜—锡双金属粉。

所说的高分子保护剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、明胶、可溶性淀粉、甲基纤维素、阿拉伯胶等可溶性高分子中的一种。优选的高分子保护剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、明胶。所用的溶剂为去离子水或蒸馏水。b中溶液配比根据铜粉的取量(比如2克)和反应产物中铜锡的含量配比(比如90∶10，81∶19等)来计算溶液中氯化亚锡的用量。

上述纳米核壳式铜—锡双金属粉体可以作为润滑油及润滑脂极压抗磨添加剂、粉末冶金中的添加剂，可作为抗菌剂、防污剂、导电粉等直接应用，也可以作为原料或添加剂制成抗菌材料、防污涂料、导电材料、自润滑复合材料、减摩材料、金刚石工具、以及电碳制品等应用。

本发明的有益效果是：本发明的铜—锡双金属粉既克服了铜粉很容易氧化的缺点，同时锡作为一种软金属也具有极压抗磨性能，铜锡形成双金属粉后，把它添加到润滑油中，其极压抗磨性能会进一步提高。比纳米铜润滑油添加剂提高了稳定性和减少了用量。同时还能满足润滑油的外观透明的要求、不出现油的混浊现象。此外该粉体是无机添加剂，对发动机、齿轮、一些金属零件等无腐蚀性且对环境友好。它是一种新型的润滑油添加剂，具有优良的抗磨、减摩和节能、环保功效，并有可观的经济效益。另外，该粉体做抗菌粉、防污剂等的应用，其社会效益显著。在粉末冶金等的应用中比普通铜锡合金粉的性能优异，对现有使用铜锡合金粉的产品性能有显著提高和改进的功效。本专利制备的纳米核壳式铜—锡双金属粉，采用的置换法制备技术以及在润滑油中做极压抗磨添加剂、抗菌材料方面等的应用，国内外均未见文献公开报道。本发明是用化学方法制备出一种颗粒不大于100纳米，粒径分布窄，形貌为球形或近球形且不易氧化的纳米核壳式铜—锡双金属粉体，并将其应用于润滑油以及其它较多领域(在粉末冶金中作添加剂、抗菌剂、防污剂、导电粉或作为多孔材料、抗菌材料、防污涂料、导电材料、自润滑材料、减摩材料、金刚石工具、以及电碳制品的原料或添加剂)。

附图说明

图1为作为原料的纯纳米铜粉的电镜照片。

图2为本发明纳米核壳式铜—锡双金属粉体的电镜照片。

图3为本发明纳米核壳式铜—锡双金属粉体的XRD图谱。

具体实施方式

以下将通过实施例对本发明具体的实施方法作说明：

实施例1

首先采用文献《化学通报》1996年第10期55～58页，刘志杰、赵斌等人报道的技术制备好2克纳米球形铜粉，并将铜粉加50ml水搅拌分散均匀；

高分子保护剂PVP含量为20g/L、二水合氯化亚锡含量为7g/L、铜配位剂硫脲含量为60g/L的混合液50ml，在室温、搅拌的条件下将其与铜粉悬浊液混合。反应时间为10分钟，将反应产物过滤、洗涤、干燥。即可得到所说的核壳式铜—锡双金属纳米粉体。

经过重量分析方法测定其中铜含量为90％、锡含量为10％。

由图1、2对比可知以纳米球形铜粉为原料可制备出球形或近纳米球形铜—锡双金属粉，后者的颗粒稍大于前者，为部分包覆结构。

由图3可知，所制备的粉体中只含有铜和锡两种成份，没有氧化物的峰，说明该粉体的抗氧化性能优于作为原料的纳米球形铜粉。

实施例2

采用现有技术以水合肼为还原剂制备好2克不规则多边形铜粉，并将铜粉加50ml水搅拌分散均匀；

高分子保护剂PVP含量为20g/L、二水合氯化亚锡含量为7g/L、铜配位剂硫脲含量为60g/L的混合液50ml，在室温、搅拌的条件下将其与铜粉悬浊液混合。反应时间为15分钟，将反应产物过滤、洗涤、干燥。即可得到所说的核壳式铜—锡双金属纳米粉体。

经过重量分析方法测定其中铜含量为90％、锡含量为10％。

由透射电子显微镜观察所制备粉体其形貌为不规则多边形。这说明原料铜粉的形貌决定了铜锡粉的形貌。

实施例3

参照实施例1制备纳米球形铜粉2g，并制成悬浊液50ml。

高分子保护剂PVP含量为20g/L、二水合氯化亚锡含量为17g/L、铜配位剂硫脲含量为80g/L的混合液50ml，在60℃、搅拌的条件下将其与铜粉悬浊液混合。反应时间为10分钟，将反应产物过滤、洗涤、干燥。即可得到所说的核壳式铜—锡双金属纳米粉体。

经过重量分析方法测定其中铜含量为81％、锡含量为19％。

由透射电子显微镜观察所制备粉体其形貌为球形或近球形，单个粒子大小为50-100nm，为完全包覆结构。

实施例4

参照实施例1制备纳米球形铜粉2g，并制成悬浊液50ml。

高分子保护剂可溶性淀粉25g/L、二水合氯化亚锡含量为11g/L、铜配位剂硫脲含量为60g/L的混合液50ml，在40℃、搅拌的条件下将其与铜粉悬浊液混合。反应时间为20分钟，将反应产物过滤、洗涤、干燥。即可得到所说的纳米核壳式铜—锡双金属粉体。

经过重量分析方法测定其中铜含量为88％、锡含量为12％。

由透射电子显微镜观察所制备粉体其形貌为近球形，单个粒子大小为50-100nm。

实施例5

按实施例1的方法制备好核壳式铜—锡双金属纳米粉体0.05g，添加到99.95g SN150基础油中，粉体添加量为0.05％，加热搅拌1小时使其分散均匀。由四球机实验可知，该粉体具有优良的极压抗磨性能，最大无咔咬PB值为921N/GB3142(不含添加剂的基础油为598N/GB3142)，并使摩擦系数有所下降。

实施例6

参照实施例1制备纳米球形铜粉0.1g，添加到99.9g SN150基础油中，粉体添加量为0.1％，加热搅拌1小时使其分散均匀。由四球机实验可知，该润滑油最大无咔咬PB值为921N/GB3142(不含添加剂的基础油为598N/GB3142)。实施例5和实施例6相比，作为润滑油的添加剂，铜锡粉比铜粉的用量减少且稳定性提高。

实施例7

按实施例1、2、4的方法制备好纳米核壳式铜—锡双金属粉体0.1g，分散到100ml菌浓度为6.60*10⁷(cfu/ml)的溶液中，300r/min震荡一小时，按照GB15979-2002的方法进行杀菌实验，其杀菌率为99.99％。

Claims

1、纳米核壳式铜-锡双金属粉体，其组成组分的重量百分含量为：

铜：80％～92％

锡：8％～20％在所说的双金属粉体中，铜粒子的表面部分或全部被锡所包覆，形成一种纳米核壳式铜-锡双金属粉体。

2、根据权利要求1所述的纳米核壳式铜-锡双金属粉体，其特征是：所述的双金属粉体单个粒子大小为50～100nm。

3、根据权利要求1或2所述的纳米核壳式铜-锡双金属粉体，其特征是：所述的双金属粉体粒子的形态为球形或近球形。

4、权利要求1所述的纳米核壳式铜-锡双金属粉体的制备方法，首先制备纳米球形铜粉，加水搅拌均匀得到铜粉悬浊液，其特征是：还包括以下步骤a、将5g/L～60g/L的高分子保护剂、6g/L～18g/L的二水合氯化亚锡、45g/L～90g/L的铜配位剂硫脲等的混合液与铜粉的悬浊液混合，铜粉悬浊液为2g铜粉加50ml水搅拌制得，氯化亚锡的用量根据铜粉的取量和反应产物中铜锡的含量配比计算获得；b、在25～80℃的条件下，搅拌5～30分钟，即可获得纳米核壳式铜-锡双金属粉体。

5、根据权利要求4所述的纳米核壳式铜-锡双金属粉体的制备方法，其特征是：所说的高分子保护剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、明胶、可溶性淀粉、甲基纤维素、阿拉伯胶等可溶性高分子中的一种。

6、根据权利要求5所述的纳米核壳式铜-锡双金属粉体的制备方法，其特征是：高分子保护剂为聚乙烯吡咯烷酮、明胶中的一种。

7、权利要求1所述的纳米核壳式铜-锡双金属粉体作为润滑油、脂的极压抗磨添加剂的应用。

8、权利要求1所述的纳米核壳式铜-锡双金属粉体作为抗菌剂的应用。