CN1269980C - 纳米级片状铜锌合金粉制造方法 - Google Patents
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Abstract
纳米级片状铜锌合金粉及其制造方法。片状铜锌合金粉重量百分含量为含铜68～93%，含锌6～30%，含铝0.2～1.6%。本发明采用镀膜法，将铜、锌等元素连续地沉积到超薄有机膜衬底上，用溶剂除去有机超薄膜后，经粉碎为纳米级片状合金粉，再经干燥、表面包覆改性、抛光，即可制得纳米级片状铜锌合金粉。本发明采用缓慢移动的由可溶性超薄有机膜和柔性基体构建的表面极其光洁平整的复合衬底，淀积原子将沿超薄有机膜表面运动而凝结在超薄有机膜表面上的稳态或亚稳态位置上，形成结构致密，表面平整光滑的纳米膜。本发明所得的纳米级片状铜锌合金粉的颗粒厚度均匀，颗粒表面平整光滑，颗粒厚度为30～100nm，颗粒直径为0.1～3μm，径厚比为30～900。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属粉体，特别是纳米级片状铜锌合金粉及其制造方法。
背景技术
片状铜锌合金粉又称仿金铜合金粉，俗称“铜金粉”，由于具有好的光反射效果，金属色泽逼真酷似黄金，富丽堂皇，光亮持久，并且具有分散性好、附着力强的特点，广泛应用于各种现代装饰、烟酒等高档彩印包装、汽车与摩托车面漆、工艺品修饰等诸多工业领域。随着国民经济的发展，人们生活水平的不断提高，作为金属颜料之一的片状铜锌合金粉在装饰、装潢、包装、彩印、汽车、摩托车等领域获得愈来愈广泛的应用，对其质量提出了更高的要求。由于纳米级片状铜锌合金粉末的体积效应(即小尺寸效应)和表面效应，其水面遮盖力极高，分散性很好，加上其独特的金属色泽及闪光效果，是纳米技术非常重要的应用领域之一，应用前景十分广阔。从片状铜锌合金粉的亮度、金属感、闪光效应、定向迁移性和水面遮盖力等方面综合考虑，粉末厚度宜控制在30～50nm。
目前，国内外均采用雾化—球磨工艺生产片状铜锌合金粉，原则工艺流程如图1，主要包括铜、锌与其它金属按一定配比混合，加热熔化，在惰性气体保护下喷雾，经冷却得到球形铜锌合金颗粒，颗粒粒度一般为15～50μm。分级后的颗粒采用多级球磨使球形颗粒转型为片状粉末，粉末厚度0.1～0.8μm。最后经分级、机械化学抛光等工艺过程，制得片状铜锌合金粉。
此生产工艺存在的不足是：
①粉末厚度偏大且凹凸不平，反射率低，亮度与金属感欠佳，水面遮盖力小。一方面，在球磨过程中，随着粉末粒度的减小，粉末表面容易氧化而变暗，甚至发黑，加上片状微粒分级技术上存在困难，导致传统的球磨法难以制备厚度更小的粉片，且粉末厚度分布不均匀。另一方面，机械力转型所得粉末表面凹凸不平，粉末形状为“爆米花型”(Cornflake-like)，造成粉末表面和边缘光的散射和漫反射，严重影响粉末的亮度、色泽和金属感。厚度较大且不均匀的粉末在油墨印刷及涂料喷涂过程中定向迁移能力较低，不易在基体表面平行取向排列，光反射率较低，介乎60～80％，严重影响金属感、闪光光泽等使用效果。此外，传统仿金铜合金粉的水面遮盖力较低，最高不超过1.4m2/g，单位承印、涂装面积粉末消耗量较大。②生产工艺复杂，生产周期长。例如球磨部分，需经4～6级球磨，球磨时间在40小时以上。
发明内容
为克服片状铜锌合金粉传统生产技术的不足，大幅度提升片状铜锌合金粉产品质量，本发明提供一种基于薄膜技术制备厚度为纳米级的片状铜锌合金粉的方法。
片状铜锌合金粉，由铜、锌及少量其它金属组成，其重量百分含量为含铜68～93％，含锌6～30％，含铝0.2～1.6％。
纳米级片状铜锌合金粉制造方法，本发明采用真空镀膜法，将铜、锌等元素在真空中连续地沉积到超薄有机膜衬底上，形成结构致密，表面平整光滑的纳米级铜锌合金膜，用溶剂除去有机超薄膜后，经强力机械搅拌或超声粉碎使纳米级合金膜转型为纳米级片状合金粉，粉末经离心分离后，再经干燥、表面包覆改性、抛光，即可制得纳米级片状铜锌合金粉。本发明工艺流程示意图见图2，具体工艺过程及参数为：
有机膜制备方法是：将硝基纤维含量大于5％的分析纯火棉胶用含量大于98.5％的化学纯醋酸正戊酯稀释，将火棉胶稀溶液倒入水中，形成火棉胶膜。
真空镀膜：在氩气气氛下，以超薄有机膜为衬底进行真空镀膜。真空镀膜分为真空蒸发镀膜或真空溅射镀膜。
溶解：将镀上了铜锌合金薄膜的超薄有机膜浸入常温下的乙醇溶剂中，以溶剂量完全盖住铜锌合金—有机双层膜为宜，从而使双层膜中的超薄有机膜溶解，此时铜锌合金薄膜不溶解。
机械搅拌：强力搅拌机对纳米合金膜进行粉碎，搅拌机转速在500～2000转/分，将纳米级铜锌合金膜打碎成粉末状；
离心分离：将液固混合物在离心机中离心分离，离心机转速在600～2000转/分，待无液体流出后，将纳米级片状铜锌合金粉放入搅拌槽，再加入乙醇，使乙醇液面盖过粉体，然后在搅拌机中慢速搅拌，将剩余的有机超薄膜残片溶解，固液混合物再进行离心分离。
干燥：采用真空干燥机进行干燥，真空度约600mmHg，温度70～90℃，干燥时间10～20分钟。
表面改性与抛光：在滚筒式抛光机中采用硬脂肪酸对纳米级片状铜锌合金粉进行表面包覆改性，并清除粉体表面的少量枝晶，抛光机内装φ1～3mm的铜球。
本发明所述粉碎方法可以是强力机械搅拌或超声粉碎。
本发明所述溶解方法溶剂可以是乙醇或丙酮。
本发明采用缓慢移动的由可溶性超薄有机膜和柔性基体构建的表面极其光洁平整的复合衬底，由于超薄有机膜衬底表面光滑平整且温度可调，淀积原子将沿超薄有机膜表面运动而凝结在超薄有机膜表面上的稳态或亚稳态位置上，形成结构致密，表面平整光滑的纳米膜。本发明所得的纳米级片状铜锌合金粉的所有颗粒厚度均匀，颗粒表面平整光滑，颗粒厚度为30～100nm，颗粒直径为0.1～3μm，径厚比为30～900。可根据不同用户要求调整纳米级片状铜锌合金粉的组成。
附图说明
图1：现有铜锌合金粉制备工艺流程示意图；
图2：本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
1.真空蒸发镀膜—粉碎工艺制备纳米级片状铜锌合金粉
将纯度为99.7％的细铜棒、细锌棒以及细铝棒按铜91.1％，锌7.9％，铝1.0％的比例加入钽舟中，以备蒸发镀膜之用。
将硝基纤维含量大于5％的分析纯火棉胶用化学纯醋酸正戊脂(含量大于98.5％)稀释，使火棉胶含量降至2％。将火棉胶稀溶液倒入水中，水面上方即可形成火棉胶膜。将火棉胶膜于真空烘箱中烘干，或在50℃左右的普通干燥箱中进行干燥。
将制好的底膜(即火棉胶膜)放入蒸发镀膜机中，然后抽真空，当压力降至20Pa时，通入氩气，待压力降至10-3Pa并稳定20分钟后，即可蒸发镀膜。电流为40A，蒸发镀膜8秒。
将镀上了铜锌合金的火棉胶膜浸入常温下的乙醇溶剂中，溶剂以盖住薄膜为宜，溶解火棉胶膜。20分钟后，采用强力搅拌机对纳米合金膜进行粉碎，搅拌机转速在1000转/分，搅拌10分钟。
将液固混合物在离心机中离心分离，离心机转速在1200转/分。待无液体流出后，停机。将纳米级片状铜锌合金粉取出，放入搅拌槽，再加入乙醇，使乙醇液面盖过粉体。然后开启搅拌机，慢速搅拌10分钟。固液混合物再进行离心分离。
采用真空干燥机对纳米级片状铜锌合金粉进行干燥。真空度约600mmHg，温度80℃，干燥时间14分钟。
在滚筒式抛光机中采用硬脂肪酸对纳米级片状铜锌合金粉进行表面包覆改性和抛光，清除粉体表面的少量枝晶。抛光机内装φ1～3mm的铜球。
所得纳米级片状铜锌合金粉的特性为：所有颗粒厚度均匀，平均厚度为42nm，颗粒表面平整光滑，颗粒直径为0.13～0.7μm，径厚比为31～167，粉末组成为：铜91.0％，锌8.1％，铝0.9％，粉末的水面遮盖力为14m2/g，光反射率为92％。
2.溅射镀膜-粉碎工艺制备纳米级片状铜锌合金粉
将圆盘形或长方形铜锌合金块(其化学组成为铜69.8％，锌28.9％，铝1.3％)用金相砂纸打磨，然后用乙醇清洗，在干燥箱中于100℃左右烘干，安装在溅射镀膜机的靶位置，以备溅射镀膜之用。
将硝基纤维含量大于5％的分析纯火棉胶用化学纯醋酸正戊脂(含量大于98.5％)稀释，使火棉胶含量约2％。将火棉胶稀溶液倒入水中，水面上方即可形成火棉胶膜。将火棉胶膜放入真空烘箱中烘干，或在50℃左右的普通干燥箱中进行干燥。
将制好底膜的原料，放入溅射镀膜机中，然后抽真空，当压力降至20Pa左右时，通入氩气，待压力降至3Pa并稳定20分钟后，即可溅射镀膜。溅射镀膜电压为1500V，时间5分钟。
将镀上了铜锌合金的火棉胶膜浸入常温下的乙醇溶剂中，以乙醇溶剂盖住薄膜为宜，溶解火棉胶膜。20分钟后，开启强力搅拌机对纳米合金膜进行粉碎，搅拌机转速在1200转/分，搅拌10分钟左右。
将液固混合物在离心机中离心分离，离心机转速在900转/分。待无液体流出后，停机。将纳米级片状铜锌合金粉取出，放入搅拌槽，再加入乙醇，使乙醇液面盖过粉体。采用搅拌机，慢速搅拌10分钟。固液混合物再进行离心分离。
采用真空干燥机对纳米级片状铜锌合金粉进行干燥。真空度约600mmHg，温度84℃，干燥时间16分钟。
在滚筒式抛光机中采用硬脂肪酸对纳米级片状铜锌合金粉进行表面包覆改性和抛光，清除粉体表面的少量枝晶。抛光机内装φ1～3mm的铜球。
所得纳米级片状铜锌合金粉的特性为：所有颗粒厚度均匀，平均厚度为35nm，颗粒表面平整光滑，颗粒直径为0.15～1.0μm，径厚比为43～286，粉末组成为：铜69.4％，锌29.9％，铝0.7％，粉末的水面遮盖力为16.2m2/g，光反射率为93％。
Claims (1)
1.一种纳米级片状铜锌合金粉制造方法，其特征在于：采用真空镀膜法，将合金元素连续地沉积到超薄有机膜衬底上，用溶剂除去有机超薄膜后，经强力机械搅拌或超声粉碎使纳米级合金膜转型为纳米级片状合金粉，粉末经离心分离后，再经干燥、表面包覆改性、抛光，即可制得纳米级片状铜锌合金粉；具体工艺过程及参数为：
有机膜制备方法是：将硝基纤维含量大于5％的分析纯火棉胶用含量大于98.5％的化学纯醋酸正戊酯稀释，将火棉胶稀溶液倒入水中，形成火棉胶膜；
真空镀膜：在氩气气氛下，以超薄有机膜为衬底进行真空镀膜，真空镀膜可采用真空蒸发镀膜或真空溅射镀膜；
溶解：将镀上了铜锌合金薄膜的超薄有机膜浸入乙醇溶剂中，以溶剂量完全盖住铜锌合金一有机双层膜为宜；
机械搅拌：强力搅拌机对纳米合金膜进行粉碎，搅拌机转速在500～2000转/分，将纳米合金膜打碎成粉末状；
离心分离：将液固混合物在离心机中离心分离，离心机转速在600～2000转/分，待无液体流出后，将纳米级片状铜锌合金粉放入搅拌槽，再加入乙醇，使乙醇液面盖过粉体，然后在搅拌机中慢速搅拌，将剩余的有机超薄膜残片溶解，固液混合物再进行离心分离；
干燥：采用真空干燥机进行干燥，真空度约600mmHg，温度70～90℃，干燥时间10～20分钟；
表面改性与抛光：在滚筒式抛光机中采用硬脂肪酸进行表面包覆改性及抛光，抛光机内装φ1～3mm的铜球。
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