CN1324703A - 一种氧化还原高强度铜粉的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种氧化还原高强度铜粉的制造方法,其特点是,将电解铜雾化为铜粉,并在高于500℃的氧化气氛下烧结成块,然后高速破碎,并将金属铜与铜氧化物剥离,将破碎物进行风力分级,再将金属铜与氧化物分离,分离后的氧化粉末于250℃以上还原为金属铜粉,再将铜粉破碎、分级、抗氧化处理、合批包装。本发明投资小,成本低,生产周期短。

Description

一种氧化还原高强度铜粉的制造方法

本发明涉及粉末冶金行业中的金属粉末，特别指氧化还原高强度铜粉及其制造方法。

在现有粉末冶金工业中，铜粉是一种应用广泛的粉末，依其生产原理可分为电解铜粉、雾化铜粉、氧化还原高强度铜粉及湿法冶金铜粉等四大类。

电解铜粉采用硫酸铜为电解液，通过调节电流密度从阴极获得铜粉，其优点为松装密度低，一般为1.0～2.4克/立方厘米，生坯强度高，一般为20兆帕左右，因此广泛应用于含油轴承、电碳制品、摩擦材料、电工材料等行业。其缺点为A．生产工艺采用硫酸溶液，对周边生态环境造成严重污染，西方发达国家正逐步减少电解铜粉的生产，美国已于九四年禁止电解铜粉的生产；B．流动性差，与其它粉末混合对成份偏析大，产品性能均匀性差，而且无法实现自动压制；C．铜粉表面残酸难以清除，容易氧化；D．松装密度及粒度组成波动大，性能很难稳定。

雾化铜粉生产过程中无酸、碱污染，流动性好，但应用范围很窄，因为存在如下缺点：A．松装密度大，成型性差，一般松装密度为3.5～4.5克/立方厘米，正常情况下只能在部分冶金产品中作小比例添加，电碳制品、铜基摩擦材料、电工材料等产品中均不能使用；B．生坯强度一般小于3兆帕。

湿法冶金铜粉应用范围更小，因为：A．颗粒太小，表面残余化学药剂很难清除干净，极易氧化；B．压缩性差；C．化工原料消耗量大，生产成本高，故湿法冶金的原料主要为低品位铜矿，成品铜粉杂质含量且不稳定。

氧化还原高强度铜粉具有良好的综合性能，但是能生产氧化还原高强铜粉的国家仅美欧等数个国家的数个企业，而且价格远高于电解铜粉。我国以重庆治炼厂为代表的粉末生产企业从九十年代初开始与美国OMG公司等国外企业洽谈高强铜粉技术合作项目，至今未果，以中南大学粉治所为代表的研究院所从八十年代开始研究氧化还原高强度铜粉，仅中南大学黄伯云院士于实验室试制出松装密度2.68克/立方厘米氧化还原高强度铜粉十公斤，因生产时间长，成本高，性能未达到设计要求而未能推广应用。

本发明的目的是提供一种达到世界先进水平而且设备投资小，制造成本低，生产周期短的一种氧化还原高强度铜粉的生产制造方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：A．将电解铜雾化为雾化铜粉；B．将雾化铜粉在高于500℃的氧化气氛(空气或其它氧化气氛)下烧结成块；C．将上述烧结块(主要成份为氧化亚铜、氧化铜及部分未氧化的金属铜)在高速破碎机中破碎至适当粒度，并实现金属铜与铜氧化物的剥离；D．将破碎物进行风力分级，将金属铜与其氧化物分离；E．将分离后的氧化粉末于250℃以上还原(分解氨或氢气)为金属铜粉，此铜粉为海绵状结构；F．将还原后的铜粉破碎并经风力分解或筛分至客户要求的粒度；G．将分级后的粉末进行抗氧化处理并合批包装。

本发明具有以下优点：

1、松装密度可以在1.0～3.0之间任意调节并稳定控制；

2、与电解铜粉比具有良好的流动性，松装密度≥2.3时流速＜50秒/50克，与其它粉末混料时容易均匀，制品性能稳定，易实现自动化压制，提高设备生产能力；

3、生坯强度高达12～18兆帕，产品具有良好的压制性能；

4、应用范围广，可涵盖电解铜粉与雾化铜粉的绝大部分领域。

本发明的实施例：

1、将电解铜雾化为雾化铜粉：本方案采用水雾化或气雾化方法均可，先将电解铜板剪切至合适的大小板以适应溶炼炉膛尺寸，升温至1250～1350℃加脱氧剂脱氧，开启高压水泵(或高压气源)，水压稳定在30～20兆帕中任意值，将高温铜液倒入漏包开始雾化，漏孔尺寸为Φ4～Φ10视铜液温度而定，炉温高则选择较小的漏嘴，炉温低则选择较大尺寸漏嘴，水压的高低将直接影响雾化铜粉的粒度，细的雾化铜粉氧化较快但透气性较差，粗的雾化铜粉氧化慢但透气性好。雾化后通过脱水干燥即获得一般的水(气)雾化铜粉。

2、烧结氧化：氧化气氛可以是空气，也可以是其它氧化性气氛如富氧空气或纯氧，氧化气氛以空气较为经济，空气流量以尾气中含氧10％～15％为合适，流量过大能耗增加，流量过小则氧化速度变慢，同样增加能耗且降低设备生产能力，温度必须在600～700℃，因为铜粉在500℃以下不容易烧结。温度偏低氧化速度较慢，温度过高则增加设备负荷。雾化铜粉较细时可采用较低的烧结温度，雾化铜粉较粗时可采用较高的烧结温度。铜的烧结氧化时间在15～20分钟时速度最快，此后随着时间延长氧化速度快速下降，此时铜的氧化物以氧化亚铜为主，氧化物中含量为8～12％，在铜的烧结氧化过程中，与氧化气氛接触面先氧化而烧结成块导致透气性下降，影响下层粉末氧化，因此铺料不宜过厚，一般以1～5mm为宜，粉末粒度偏细或烧结温度偏高时宜降低铺料厚度，烧结氧化炉从进料端到出料端设定温度宜逐步增加，烧结效果较好，由于烧结时铜粉易与烧舟或钢带烧结成一体，因此在铺料前宜先铺垫一层隔离物如纸张或刷一层油等，烧结氧化为本工艺的关键工艺，是获得低成本向强粉的关键。

3、氧化块的破碎：金属铜属于延展性良好的金属，不易破坏，而铜的氧化物则属于脆性物质，因此在烧结时铺料不宜过厚，粒度不宜过粗以尽量减少烧结块中金属铜的比例，破碎采用高速格压式破碎机为主，破碎后的粉末宜尽快脱离破碎机，否则残余金属铜易挤压成块而损坏设备，残余金属铜与铜氧化物比重差别较大，可通过风力分析机分离。

4、风力分级：在风力分级时可通过调节风力大小控制氧化物的粒度和残铜分离度，从而控制最终产品的粒度与松装密度、生坯强度等指标。粉末越细则松装密度越低，生坯强度越高，流动性越差。

5、铜氧化物的还原：还原气氛可采用分解氨或纯氢。采用纯氢时还原较彻底，产品抗氧化性能强但还原成本较高，故一般采用分解氨较合适，还原温度为300℃，在250℃左右还原时铜粉还原速度较慢但几乎没有还原烧结现象，粒度不会变粗，松装密度较大而流动性较好。随着还原温度的增加，还原速度加快，同时还原铜粉出现烧结现象，需要进行破碎，由于此铜粉不规则铜氧化物还原而来，显微形状为不规则海绵体。

6、还原铜粉的破碎：刚还原出来的纯铜粉延展很好而强度较低，选择破碎机时应选择打击力较小的破碎机，破碎后应立即进行分级，避免细粉的多次破碎，因为细粉经多次破碎后松装密度增加较大，但流动性有显著改善。7、抗氧化处理及合批包装：由于此高强铜粉比表面积大，比同松装密度电解铜粉高20％以上，活性较好，容易氧故需要添加抗氧化剂进行纯化处理。抗氧化剂宜选择挥发点低(低于一般制品的烧结强度)且添加量宜控制在0.01％左右，否则将影响粉末冶金制品的烧结性能。由于还原铜粉破碎时通过多次筛分分级，产品必须经过合批方能包装，经过抗氧化处理后的高强铜粉不必真空包装，可自然存放6个月以上，而含氧量不超标。

Claims (2)

1、一种氧化还原高强度铜粉的制造方法，其特征在于依次包括如下工艺步骤：

a、将电解铜雾化为雾化铜粉，

b、将雾化铜粉在高于500℃的氧化气氛下烧结成块，

c、将上述烧结块在高速破碎机中破碎，并将金属铜与铜氧化物剥离，

d、将破碎物进行风力分级，将金属铜与铜氧化物分离，

e、将分离后的氧化粉未于250℃以上还原金属铜粉，此铜粉为海绵状结构，

f、将还原后的铜粉破碎并经风力分级或筛分至标准粒度，

g、将后的粉未进行抗处理并合批包装。

2、根据权利要求1所述的氧化还原高强度铜粉的制造方法，其特征在于，氧化气氛可以是空气、高氧空气和纯氧，空气流量以尾气中含氧10％～15％，烧结温度为600-700℃，铺料厚度1-5mm，在铺料前先铺垫一层隔离物。