金属粉末的颗粒的表面处理方法及由此获得的金属粉末颗粒技术

本发明专利技术涉及一种对金属粉末材料进行表面处理的方法，所述方法包括以下步骤：提供由多个待处理金属材料的颗粒形成的粉末，并通过将由例如电子回旋共振(ECR)型的单电荷或多电荷离子源产生的单电荷或多电荷离子束(14)引向所述颗粒的外表面对所述金属粉末进行离子注入过程，其中所述颗粒具有半径为R的总体球形。本发明专利技术还涉及由多个具有陶瓷外层(26)和金属核(24)的颗粒构成的粉末材料，所述颗粒具有半径为R的总体球形。

Surface treatment method of metal powder particles and metal powder particles obtained therefrom

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属粉末的颗粒的表面处理方法及由此获得的金属粉末颗粒专利技术
本专利技术涉及一种对粉末状态的金属材料颗粒进行表面处理的方法，还涉及通过实施这种方法获得的金属粉末颗粒。通过根据本专利技术的方法获得的金属粉末颗粒旨在用于使用粉末冶金方法制造固体部件，例如注射成型法(更好地称为金属注射成型或MIM)，压制或增材制造如三维激光打印。本专利技术进一步涉及具有陶瓷表面和金属核的金属粉末颗粒。专利技术技术背景离子注入方法包括轰击待处理物体的表面，例如使用电子回旋共振类型的单电荷或多电荷离子源。这种装置称为电子回旋共振或ECR。ECR离子源使用电子回旋共振产生等离子体。一定体积的低压气体通过以对应于电子回旋共振的频率注入的微波而电离，该电子回旋共振由施加到位于要电离的气体内部的区域的磁场所定义。微波加热存在于待电离气体中的自由电子。在热搅拌的作用下，这些自由电子与气体的原子或分子碰撞并引起其电离。产生的离子对应于所用气体的类型。该气体可以是纯净气体或化合物。它也可以是从固体或液体材料获得的蒸气。ECR离子源能够产生单电荷离子(即电离度等于1的离子)或多电荷离子(即电离度大于1的离子)。伴随着本专利申请的图1示意性地示出了ECR电子回旋共振类型的多电荷离子源。整体上由通用附图标记1表示的ECR多电荷离子源包括注入阶段2，其中注入待电离的气体4和微波6，磁约束阶段8，其中产生等离子体10，以及提取阶段12，其允许使用阳极12a和阴极12b在其间施加高电压来提取和加速等离子体10的离子。在ECR多电荷离子源1的输出处产生的多电荷离子束14撞击待处理部件18的表面16，并在待处理部件18的体积内相对较深地穿透。通过轰击待处理物体的表面进行的离子注入具有多种效果，包括改变制成待处理物体的材料的微观结构，改善耐腐蚀性，增强摩擦学性能以及更普遍地改善机械性能。因此，一些工作强调了通过氮离子注入提高铜和青铜的硬度。还已经证明，向铜中注入氮或氖会增加其疲劳强度。同样，工作表明，即使在低剂量(1.1015和2.1015离子.cm-2)下进行氮注入，也足以显著改变铜的剪切模量。因此可以理解，从科学，技术和工业的角度看，通过轰击待处理物体的表面进行离子注入是非常有利的。尽管如此，迄今为止进行的研究仅涉及待处理的固体。然而，这种固体物体受到使用常规机加工技术(钻孔，铣削，镗孔)可以赋予其的形状和几何结构的限制。因此，在现有技术中，需要这样一种物体，其机械性能得到显著改善，同时关于这种物体可以采取的形状几乎零限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提出一种用于金属材料的表面处理的方法来进一步满足上述需求，该方法允许生产实际上具有不受限制的几何形状的物体，同时具有改进和改善的物理和化学性质。为此，本专利技术涉及一种用于金属材料的表面处理的方法，所述方法包括以下步骤：获得由多个金属材料颗粒形成的粉末，并将单电荷或多电荷离子束引向所述颗粒的表面，所述离子束由单电荷或多电荷离子源产生，其中颗粒具有总体球形。根据本专利技术的优选实施方案：-单电荷或多电荷离子源为ECR电子回旋共振类型；-在离子注入过程的整个期间搅拌金属粉末的颗粒；-所使用的金属粉末的颗粒的晶粒尺寸使得基本上所有所述颗粒的50％具有在1-2微米范围内的直径，其中所使用的金属粉末的颗粒的直径不超过50微米-金属材料是选自包括金和铂的组的贵金属；-金属材料是选自包括镁，钛和铝的组的非贵金属；-待电离的材料选自包括碳，氮，氧和氩的组；-单电荷或多电荷离子在15,000至35,000伏的电压下被加速；-注入的离子剂量在1.1015至1.1017离子.cm-2范围内；-离子的最大注入深度为150至200nm。本专利技术还涉及具有陶瓷表面和金属核的金属粉末颗粒，并且更特别地具有对应于制成金属粉末颗粒的金属的碳化物或氮化物的表面。由于这些特性，本专利技术提供了一种处理粉末状态的金属材料的方法，其中形成所述粉末的颗粒在深处保持其原始的金属结构，而从表面直至给定深度，轰击金属粉末颗粒的单电荷或多电荷离子填充金属晶体结构的晶格中的缺陷，然后与金属材料的原子结合形成陶瓷，即一种在环境温度下呈固态，既不是有机的也不是金属的。应该注意的是，在离子注入处理之后，金属粉末颗粒准备好用于粉末冶金方法，例如注射成型，压制或增材制造，例如三维激光打印。此外，由于金属粉末颗粒的表面转变成陶瓷，特别是转变成构成所述颗粒的金属的碳化物和/或氮化物，因此所述金属粉末颗粒的机械和物理性能，特别是硬度，耐腐蚀性或摩擦学性能得到改善。当所述金属粉末用于生产固体部件时，保留了金属粉末颗粒的机械和物理性能的改善。优选地，在离子注入过程的整个期间搅动形成金属粉末的颗粒，使得所述颗粒在其整个基本球形的表面上以均匀的方式暴露于注入束的离子。应当指出，在现有技术中，通常用于获得陶瓷-金属类型材料的一种方法，称为“金属陶瓷”，包括以尽可能均匀的方式混合金属和陶瓷粉末，产生涂覆在金属层中的陶瓷颗粒。然而，该方法提出了如何精确地控制金属层的厚度以及金属层与陶瓷核之间的界面的质量的问题。附图说明参考附图，通过阅读以下对根据本专利技术的方法的一个示例性实施方式的详细描述，本专利技术的其他特征和优点将更加清楚地显现，所述示例仅出于说明性目的而提供，并不旨在限制本专利技术的范围，其中：-图1，如上所述，是ECR电子回旋共振类型的多电荷离子源的示意图。-图2是半径为约1微米且被C+碳离子束轰击的金颗粒Au的截面图。图3是在本专利技术范围内使用的ECR电子回旋共振型多电荷离子源的示意图。-图4A示出了C+碳离子在半径为约1微米的铂颗粒Pt中的注入分布；-图4B是在半径为约1微米的大致球形的铂颗粒Pt的平面中的放大图，其示出了C+碳离子在颗粒中的穿透轨迹；-图5A示出了N+氮离子在半径为约1微米的铂颗粒Pt中的注入分布；-图5B是在半径为约1微米的铂颗粒Pt的平面中的放大图，其示出了N+氮离子在颗粒中的穿透轨迹。-图6A示出了C+碳离子在半径为约1微米的金颗粒Au中的注入分布；-图6B是在半径为约1微米的大致球形的金颗粒Au的平面中的放大图，其示出了C+碳离子在颗粒中的穿透轨迹；-图7A示出了N+氮离子在半径为约1微米的金颗粒Au中的注入分布；和-图7B是在半径为约1微米的金颗粒Au的平面中的放大图，其示出了N+氮离子在颗粒中的穿透轨迹。本专利技术的一个实施方案的详细描述本专利技术是从总的专利技术思想得出的，该思想包括使金属粉末的颗粒经受将离子注入到所述颗粒的表面中的处理过程。通过用单电荷或多电荷的离子轰击金属粉末的颗粒，这些离子在约15,000至35,000伏的电压下经历了明显的加速，可以看到所述离子开始填充金属晶体结构的晶格中的缺陷，然后看到与金属材料的原子结合形成陶瓷。在距金属粉末颗粒的表面一定深度处，它们被转变成陶瓷，例如转变成由其制成颗粒的金属的碳化物或氮化物。有利地，改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对粉末状态的金属材料进行表面处理的方法，所述方法包括以下步骤：获得由待处理的金属材料的多个颗粒形成的粉末(30)，和使所述金属粉末颗粒(30)通过将单电荷或多电荷离子束(14)引向所述颗粒的外表面进行离子注入过程，所述离子束由单电荷或多电荷离子源产生，其中所述颗粒具有半径为R的总体球形。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170707 EP 17180199.61.一种对粉末状态的金属材料进行表面处理的方法，所述方法包括以下步骤：获得由待处理的金属材料的多个颗粒形成的粉末(30)，和使所述金属粉末颗粒(30)通过将单电荷或多电荷离子束(14)引向所述颗粒的外表面进行离子注入过程，所述离子束由单电荷或多电荷离子源产生，其中所述颗粒具有半径为R的总体球形。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述离子注入过程的整个期间搅拌所述金属粉末(30)的颗粒。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，所使用的金属粉末(30)的颗粒的晶粒尺寸使得所有所述颗粒中的基本上50％具有在1至2微米的范围内的直径，其中金属粉末(30)的颗粒的直径不超过50微米。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属材料是选自包括金和铂的组的贵金属。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属材料是选自包括镁，钛和铝的组的非贵金属。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，待电离的材料选自包括碳，氮，氧和氩的组。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述离子注入过程是ECR电子回旋共振类型。


8.根据权利要求7所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·米科，JL·贝津，
申请(专利权)人：斯沃奇集团研究和开发有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH