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1、热喷涂球磨法制备超细铜锌粉冯拉俊,刘毅辉材料科学与工程学报http:/ V50电子分析天平。主要试剂:硬脂酸,水杨酰胺,氨基磺酸,苯骈三氮唑,OP-10乳化剂,油酸,亚硝酸钠,无水碳酸钠。2.3实验过程2.3.1铜锌粉的制备以H80黄铜丝为原料,采用QX-I型火焰线材喷涂枪产生的氧炔焰(氧气0. 5Mpa,乙炔0.1Mpa)将铜丝熔融,喷涂产物用装有水的不锈钢桶收集。收集的产品冷却后干燥,除去水分,即可得到粒度多为6070m的粗铜锌合金粉末。2.3.2铜锌粉的机械球磨喷涂法制备的粉末粒度较大,可以采用机械球磨法将粉末进一步细化。本球磨试验使用的设备为SQ-A型球磨机,各工艺参数见表1。本试验采
2、用传统的湿磨工艺,球磨介质为蒸馏水,并且加入一定量的球磨助剂及缓蚀剂。磨球为大中小三种直径的不锈钢球,其配比可通过理论计算确定。每次球磨时间最长为24小时,其间每4小时取样一次。取出的试样分别用自来水和蒸馏水清洗23次,除去球磨助剂,然后在烘箱中将试样烘干,保存在干燥密闭容器中。2.3.3铜锌粉末的热处理采用机械球磨法粉末研磨一定的时间后,粉末颗粒明显细化,但是随着粒度的减小,颗粒的硬度增大,致使球磨效率降低。另外当粉末破碎到一定程度以后,由于颗粒的表面积增大,表面自由能增加,它们会重新聚集以降低表面能。采用热处理方法将铜锌粉退火处理,可以降低其硬度,改善表面状态,使粉末可以进一步球磨细化。热
3、处理的各种工艺参数为:温度450C,保温2小时,阶梯式升温,随炉冷却,物料湿度7%,保护气氛为氩气。3结果与讨论3.1热喷涂法制备铜锌粉末形貌分析在本试验中,利用氧乙炔焰的高温熔融作用将黄铜丝熔化并且经气体雾化后,由于没有形成涂层所必需的基体,金属熔融产物经水急速冷却后以粉末的形式存在5,最终可得到铜锌合金粉末。图1为火焰喷涂法制备的铜锌粉末的SEM照片。观察可知,粉末多为片状,其粒度分布不均匀,尺寸分布宽。由于粉末粒度较大,颗粒间的团聚不明显。3.2球磨工艺对铜锌粉性质的影响球磨助剂对球磨的效果有着很大的影响,它可以改变粉末的表面性质,改善粉末外观,提高球磨效率,同时也能使粉末的团聚大大减弱
4、6。实验结果表明,硬脂酸、水杨酰胺、氨基磺酸等都能改善粉末的性质,尤其硬脂酸的作用效果最好。以硬脂酸作为球磨助剂,可以使它与粉末结合而在表面形成有机物层,利用长碳链的空间位阻效应阻止粉末的重新聚合,并且改变粉末的润湿性,因此能得到分散较为均匀,团聚程度轻,并且具有一定光亮度和色度的铜锌粉末7。球磨后铜锌粉末的SEM照片如图2、3所示。图2中粉末大颗粒基体上粘附有大量的微细颗粒,并且微细颗粒之间的团聚严重,粉末粒度分布极不均匀。粉末的形状不规则,多以鳞片状存在。图3中的粉末以微细颗粒为主。虽然这些微细颗粒之间仍有团聚作用,但是由于经过了分级处理,粉末的粒度分布范围变小,粒度分布比较均匀。粉末的形
5、状趋向于规则,片状颗粒很少,大多数为近似球形。这说明球磨不仅降低了粉末的粒度,而且改善了粉末的形貌,使其球化度增加。当粉末的粒度小到一定程度以后,粒子间距离变小,表面能增大,颗粒之间自发聚集,重新形成二次颗粒,从而造成粉末的团聚8。这是超细粉末制备过程中的一个非常重要的问题。本试验虽然通过加入球磨助剂使团聚有所减轻,但是仍然无法避免二次颗粒的形成。机械球磨法借助机械力作用使粉末破碎,在此过程中会大量放热,造成温度升高。为了防止金属磨球及铜锌粉在此过程中氧化腐蚀,必须加入一定量的缓蚀剂。其主要作用原理是:加入缓蚀剂后,金属的表面包覆了一层耐氧化的有机物膜,使金属与空气中的氧气不能接触,因而不能被
6、氧化腐蚀。本实验所用的钢球的缓蚀剂为OP-10乳化剂、油酸与亚硝酸钠的混合物;铜的缓蚀剂为苯骈三氮唑。结果证明,缓蚀剂的加入可以大大降低磨球及合金粉的氧化腐蚀,提高球磨效率,减少粉末的污染,有利于得到高纯度的铜锌粉末。球磨不同时间取出的试样,在70C的温度下烘干后9,用400目标准筛分级,用筛下粉末所占的百分比来表示各试样的粒度分布情况。粉末粒度随球磨时间的变化曲线如图4所示。分析上述曲线可知,筛下粉末的含量在球磨初期呈下降趋势,此后逐渐增大,在达到最大值后,即迅速减小。这说明在球磨初始阶段(20小时前),粉末粒度有所增大,其原因可能是由于铜锌粉的韧性较好,球磨使之成片性增强,从而增大了粉末的
7、片状粒度。但是随着球磨时间的增加,在20小时以后,粉末的成片性将逐渐减弱,部分粉末已经球化,其形状近似为球形。继续延长球磨时间,球形颗粒的粒度持续减小,在球磨时间达到48小时时,粉末细度最高。再延长球磨时间,粉末的细化程度减轻,而团聚性能增加。实验结果表明,在球磨过程中,球磨时间的延长并不能显著改变粉末的粒度,而在粉末被磨细到一定程度以后,采用退火工艺进行处理,可以最终达到理想效果。采用球磨与热处理交替进行的工艺对铜锌粉末进行处理,最终得到的粉末粒度为200500nm。3.3热处理工艺对铜锌粉性质的影响热处理工艺的主要目的是均匀金属的化学成分及组织,细化晶粒,调整硬度,消除内应力和加工硬化。对
8、粗磨后的铜锌粉末进行退火处理,可大大降低金属粉末的硬度,有利于进一步磨细。在进行热处理时,粉末中残余了一定的水分。在温度100C时,残余水分以液体形式存在,这时铜锌合金氧化倾向不是很大。随着温度的升高,虽然氧化倾向增加,但是水逐渐以气体形式存在,当温度达到退火温度时,大部分的水蒸气和氩气混合后被带出退火炉外,少量的水蒸气与炉内氩气在铜锌粉末的周围形成保护气氛,阻隔氧气与粉末的接触,保护铜锌合金不被氧化。另外铜锌粉末在球磨时表面吸附的缓蚀剂也可阻碍其被氧化。延长保温时间和提高加热温度都可以使水蒸气消耗完,氩气不足,增加了粉末氧化的危险性,因此必须合理控制热处理参数。经过大量的试验可以得到最佳试验
9、条件为:恒温温度为450C,保温时间为2小时,保护气压强为0.1MPa,冷却方式为随炉冷却。图5是退火热处理后铜锌粉末的SEM照片。观察可知,退火热处理后粉末的表面形貌有重大变化,粉末的形状趋于规则,多为长条状,表面出现一些裂纹,可以推测它们的硬度会降低。大颗粒表面很少有微细颗粒粘附,颗粒之间的界面明显,因此粉末之间的团聚作用得到改善。3.4铜锌粉成分分析采用X射线衍射仪作物相分析,可以得到铜锌粉的衍射图。图6为三次退火且用400目标准筛分级后,筛下产物再球磨24小时得到的铜锌粉末的X射线衍射图。分析图中的各衍射峰的衍射角以及强度值,可判断出各吸收峰对应的物质分别为Cu、CuO、ZnO。通过计
10、算可求出粉末中各种成分的含量: Cu(75%)、CuO(10%)、ZnO(13%)。氧化产物中ZnO含量大于CuO的含量,主要原因是锌比铜更易氧化,同时由于粉末粒度小,锌很难以金属的形式存在。XRD分析结果表明,铜锌合金的氧化很难避免,因此收集到的产物为混合有少量氧化物的金属合金粉末。值得注意的是,粉末表面氧化后,氧化物类似在合金粉末表面形成了包覆体,对超细粉末的XRD分析结果氧化物的衍射强度偏高,远高于粉体内部的真实含量。4结论1. 火焰喷涂法制备的粉末,粒径比较粗,约为6070m,必须用机械球磨法及退火软化工艺进行超细加工。2.用机械球磨法进行超细加工时,在初始阶段随球磨时间的增加,粉末粒度变大,再进一步球磨,粉末的粒度变小,细化到一定程度后粉末粒度不再随时间显著变化。3.球磨助剂的加入提高了球磨效率,改善了球磨效果,并且使粉末的亮度及分散性得到明显改观。试验结果表明作用效果最好的球磨助剂为硬脂酸。4.退火热处理的最佳参数为:恒温温度为450C,保温时间为2小时,冷却方式为随炉冷却。热处理后粉末的粒度增大,微细颗粒的比例减小,表面出现裂纹,降低了粉末的硬度,同时粉末团聚作用减弱。5.对火焰喷涂法制得的粗铜锌粉末,采用球磨与热处理交替进行的工艺处理后,可得到粒度为200500nm的铜锌粉末。本站文章未经允许不得转载；如欲转载请注明出处，北京桑尧科技开发有限公司网址：http:/
