一種核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體的製備方法

2023-07-10 11:36:26 3

專利名稱：一種核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體的製備方法
技術領域：
本發明屬於Ti/Ni金屬複合粉體製備技術領域，特別涉及一種核殼結構等摩爾 Ti/Ni包覆型複合粉體製備方法。
背景技術：
空泡腐蝕是磨損腐蝕的一種特殊形式，廣泛發生在船用工業高速螺旋槳轉子、水 利渦輪機的葉片、葉輪泵的葉背及超音速食品攪拌器及製藥等工業設備中。等摩爾Ti/Ni 塗層具有優良的抗空泡腐蝕性能，可使槳的壽命提高3 4倍，因而備受關注。傳統的製備 方法是以Ti/Ni合金粉為原料，採用低壓等離子噴塗工藝製備，該技術製備的Ti/Ni合金 塗層緻密，與基體具有較高的結合強度。然而，低壓等離子噴塗工藝製備成本高，生產效率 低，且真空室尺寸有限，工件的大小和形狀受到很大限制。所用的Ti/Ni合金粉通常採用物 化法製備，存在成分不均、氧含量高、能耗高等缺點。因此，採用其他熱噴塗工藝替代低壓等 離子噴塗製備Ti/M塗層成為人們研究的目標。研究發現，利用低溫超音速火焰噴塗工藝 和雷射後處理相結合，可以製備出性能優異的等摩爾Ti/Ni合金塗層，且能避免上述問題。 然而，製備適用的等摩爾Ti/M複合粉是其關鍵之一。採用球磨法製備的Ti/M複合粉實 際上是一種物理混合粉末，球磨過程中容易成分不均，氧含量較高，噴塗過程中成分偏析嚴 重，合金化時間長，氧含量過高容易形成TiNi2O4氧化物，使合金成分變動，機械性能顯著惡 化。而採用其他方法如化學鍍法、電鍍法、高壓氫還原法等容易製備出包覆型複合粉末，具 有一般機械混合粉末沒有的特性，如易於合金化，使用過程中不發生偏析等。但前兩種方法 難以製備出高鎳含量的等摩爾Ti/Ni複合粉，生產效率低下，過程控制難，且容易產生游離 鎳。而高壓氫還原法雖然具有反應速度較快，包覆層晶體結晶好、均勻連續，生產率高等特 點，但製備的等摩爾Ti/M複合粉通常是小顆粒包覆大顆粒的附著包覆型複合顆粒，仍有 一些鈦裸露在表面，且容易產生大量的游離的細鎳顆粒，難以控制複合粉體的成分比。

發明內容
本發明的目的是針對上述已有技術存在的不足，提供一種核殼結構等摩爾Ti/M 包覆型複合粉體製備方法，該方法過程簡單，易控制，複合粉體分散性好，鎳均勻包覆在鈦 粉表面，無游離，粒徑分布窄，適合低溫超音速火焰噴塗。本發明的發明目的是通過以下技術方案實現的其製備步驟(1)用去離子水和100 500目的金屬鈦粉攪拌製成質量濃度為50 100g/L的 懸濁液，向其中加入與金屬鈦粉等摩爾的硫酸鎳，使其全部溶解，用質量濃度25%的氨水調 節PH值至8 9，並同時水浴加熱至40 60°C ；以5 15mL/min的速度滴加去離子水配 制的濃度為0. 5 0. 7mol/L的草酸溶液沉澱劑到懸濁液中，生成沉澱；(2)待pH值達到3 5時，停止滴加草酸溶液沉澱劑，繼續攪拌0. 5h以上；過濾、 洗滌沉澱物，於空氣中60 80°C乾燥10 12h，即得到草酸鎳包覆鈦複合粉體前驅體；(3)將上述包覆鈦粉體前驅體在500 700°C溫度、氫氣流速為10 20mL/min的氣氛下焙燒1 3h，即得到核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體。本發明的製備方法是採用非均相沉澱包覆法和熱還原相結合，得到的核殼結構等 摩爾Ti/m包覆型複合粉體分散性好，鎳均勻緻密的包覆在鈦粉表面形成核殼結構，無遊 離鎳，無裸露鈦，粒徑分布窄，適合低溫超音速火焰噴塗。與現有的複合Ti/m複合粉製備 工藝相比，製備過程簡單可控，生產率高，易於規模化生產。


圖1實施例1的草酸鎳包覆鈦複合粉體前驅體顯微鏡照片；圖2實施例1的核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體掃描電鏡照片；圖3實施例1的核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體的XRD曲線。
具體實施例方式實施例1(1)向燒杯中加入去離子水IL和500目的金屬鈦粉50g，機械攪拌形成質量濃度 為50g/L的懸濁液，向其中加入與金屬鈦粉等摩爾的硫酸鎳，使其全部溶解，用質量濃度 25%的氨水調節pH值至8，並同時水浴加熱至40°C;用去離子水配製濃度為0. 7mol/L的草 酸溶液為沉澱劑，並以15mL/min的加料速度連續緩慢地滴加到懸濁液中，使鎳離子在懸浮 鈦顆粒表面上沉澱結晶，形成包覆層；(2)待pH值達到5時，停止滴加沉澱劑溶液，繼續攪拌半小時以上，將沉澱物過濾、 洗滌，在空氣中於80°C乾燥10h，即得到草酸鎳包覆鈦複合粉體前驅體(圖1)，由圖1可見， 複合粉體前驅體分散性好，草酸鎳均勻緻密地包覆在鈦粉表面形成核殼結構，無游離，無裸 露鈦，粒徑分布窄；(3)將包覆粉體前驅體在500°C，氫氣流速為lOmL/min的氣氛下焙燒3小時，即得 到核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體(圖2)，由圖2可見，鎳粒子均勻緻密的包覆在鈦 粉表面，未脫落，未見鈦裸露；圖3是該核殼結構等摩爾Ti/M包覆型複合粉體的XRD曲線， 可見主相為金屬鈦和金屬鎳相。經成分分析，鈦鎳包覆型複合粉體中各元素的原子百分比 (at% ) :Ti :49. 998，Ni :49. 996，0 :0. 002，C :0. 004，可見 Ni 與 Ti 的原子比為 1 1，含量 接近50%。實施例2(1)向燒杯中加入去離子水2L和100目的金屬鈦粉200g，並機械攪拌形成質量濃 度為100g/L的懸濁液，向其中加入與金屬鈦等摩爾的硫酸鎳，使其全部溶解，用質量濃度 25%的氨水調節pH值至9，並同時水浴加熱至60°C;用去離子水配製濃度為0. 5mol/L的草 酸溶液為沉澱劑，並以5mL/min的加料速度連續緩慢地滴加到懸濁液中，使鎳離子在懸浮 鈦顆粒表面上沉澱結晶，形成包覆層；(2)待PH值達到3時，停止滴加沉澱劑溶液，繼續攪拌半小時以上，將沉澱物過濾、 洗滌，在空氣中於60°C乾燥12h，即得到草酸鎳包覆鈦複合粉體前驅體；(3)將包覆粉體前驅體在700°C溫度，氫氣流速為15mL/min的氣氛下焙燒1小時， 即得到核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體。所製備的複合粉體分散性好，鎳均勻緻密的包覆在Ti粉表面形成核殼結構，無游離鎳，無裸露鈦，粒徑分布窄，Ni與Ti的原子比為1 1，含量接近50%。實施例3(1)向燒杯中加入去離子水IL和300目的金屬鈦粉80g，並機械攪拌形成質量濃 度為80g/L的懸濁液，向其中加入與金屬鈦等摩爾的硫酸鎳，使其全部溶解，用質量濃度 25%的氨水調節pH值至9，並同時水浴加熱至50°C;用去離子水配製濃度為0. 6mol/L的草 酸溶液為沉澱劑，並以lOmL/min的加料速度連續緩慢地滴加到懸濁液中，使鎳離子在懸浮 鈦顆粒表面上沉澱結晶，形成包覆層；(2)待pH值達到4時，停止滴加沉澱劑溶液，繼續攪拌半小時以上，將沉澱物過濾、 洗滌，在空氣中於70°C乾燥12h，即得到草酸鎳包覆鈦複合粉體前驅體；(3)將包覆粉體前驅體在600°C溫度，氫氣流速為20mL/min的氣氛下焙燒2小時， 即得到核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體。所製備的複合粉體分散性好，鎳均勻緻密的包覆在Ti粉表面形成核殼結構，無遊 離鎳，無裸露鈦，粒徑分布窄，Ni與Ti的原子比為1 1，含量接近50%。
權利要求
1. 一種核殼結構等摩爾Ti/m包覆型複合粉體的製備方法，其製備步驟(1)用去離子水和100 500目的金屬鈦粉攪拌製成質量濃度為50 100g/L的懸 濁液，向其中加入與金屬鈦粉等摩爾的硫酸鎳，使其全部溶解，用質量濃度25%的氨水調節 PH值至8 9，並同時水浴加熱至40 60°C ；以5 15mL/min的速度滴加去離子水配製 的濃度為0. 5 0. 7mol/L的草酸溶液沉澱劑到懸濁液中，生成沉澱；(2)待pH值達到3 5時，停止滴加草酸溶液沉澱劑，繼續攪拌0.5h以上；過濾、洗滌 沉澱物，於空氣中60 80°C乾燥10 12h，即得到草酸鎳包覆鈦複合粉體前驅體；(3)將上述包覆鈦粉體前驅體在500 700°C溫度、氫氣流速為10 20mL/min的氣氛 下焙燒1 3h，即得到核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體。
全文摘要
一種核殼結構等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體的製備方法。本發明採用金屬鈦粉和硫酸鎳為原料，以草酸為沉澱劑，通過非均相沉澱包覆工藝在鈦粉表面沉澱草酸鎳包覆層，然後熱還原得到核殼結構的等摩爾Ti/Ni包覆型複合粉體。本發明方法製備的複合粉體為核殼結構，包覆層均勻緻密，無游離單相，複合粉體分散性好，製備過程簡單可控，生產率高，易於規模化生產，適合低溫超音速火焰噴塗。
文檔編號B22F1/02GK102120259SQ201110034590
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月28日 優先權日2011年1月28日
發明者景茂祥, 蔡一湘 申請人:廣州有色金屬研究院