一种氨气等离子球磨制备片状铝粉的方法及应用技术

一种氨气等离子球磨制备片状铝粉的方法及应用。方法为：在氨气气氛下，采用等离子球磨机将铝粉进行球磨，球磨时间为2~4h，工作电流为0.5~3A，激发电压为10~20kV，获得粒度为20‑35μm的均匀片状铝粉；收集片状铝粉。所述片状铝粉在红外线可见光兼容隐身材料中的应用。本发明专利技术采用氨气等离子球磨机进行干磨，相比于普通高能球磨，大大提高了球磨效率，并利用等离子体对铝粉的电致塑性效应，进一步促进粉末的片状化。而相比于惰性气体等离子体球磨，氨气等离子体球磨过程中会有微量气固反应的发生，进而加速片状细化的同时使得粉末表面变得粗糙，降低光泽度，提高其可见光隐身性能。

Preparation and application of flake aluminum powder by ammonia plasma milling

【技术实现步骤摘要】
一种氨气等离子球磨制备片状铝粉的方法及应用
本专利技术属于片状铝粉材料的
，具体涉及一种氨气等离子球磨制备片状铝粉的方法及该片状铝粉的应用，所述片状铝粉用于红外线-可见光兼容隐身材料。
技术介绍
随着军事探测手段的快速发展，没有装备隐身技术的武器装备将受到极大的威胁，而具有隐身手段的武器装备则将成为战场上突破防守的利刃。随着科学技术的不断发展，世界各国的隐身以及反隐身手段突飞猛进，在隐身性能方面领先的一方，将会在未来战争中占据主动。因此，隐身材料与隐身技术的研究具有极大的战略意义。而针对不同的军事探测手段，发展出了不同的隐身技术，其中红外隐身，雷达隐身和可见光隐身是三种主要的隐身手段。配备有低红外发射率隐身涂层的武器装备能够轻易的躲过红外探测，而金属铝粉由其具有较低的红外发射率，且易于加工，易于产业化、价格低廉、耐高温、耐腐蚀等等优异的性能，而成为现目前国内外应用最为广泛的红外隐身涂层金属颜料。而有研究表明，铝粉的颗粒微观形貌、粒度和分布含量均会大大影响涂层的红外发射率，片状铝粉相对于球状铝粉具有更低的红外发射率。而片状铝粉中，直径30(±5)μm的片状铝粉的红外发射率最低。而由于一般工艺方法制备得到的金属铝粉表面十分光滑平整，对可见光的反射以镜面反射的形式进行，而这又会降低武器装备在作战过程中的可见光隐身性能。而为了降低涂层对可见光的反射，从而提高其可见光隐身性能，军事上一般采用加入着色颜料的方法，来降低涂层在可见光波段的反射性。而研究发现，不论是有机颜料还是无机颜料的加入，均会使涂层的红外发射率再次升高。因此，如果能够制备出一种表面粗糙的片状铝粉，既能降低涂层的红外发射率，又能将可见光以漫反射的方式进行衰减，进而提升其可见光隐身性能，将减少着色颜料的用量，降低成本的同时，保证了涂层的红外线-可见光兼容隐身性能。目前工业上制备片状铝粉的方法主要有PVD法（蒸发-冷凝法、溅射-沉积法）和高能球磨法，前者虽然能够制备粒度分布窄，径厚比大片状铝粉，但是依然存在产量较小，制备条件苛刻，成本高昂，且铝粉表面光泽度高的的缺点。而高能球磨法作为一种传统的片状铝粉制备方法之一，具有工艺简单，操作方便且产量大易于工业化等优势。但其同样存在粉末粒度分布不均，厚度较厚难以达到高质量的要求。申请号为CN201210586188.3专利申请文件公开了一种片状铝粉粉末涂料生产方法，是将铝粉与液氮混合放进振动球磨中，研磨成片状铝粉后，通过旋流分级器对不同尺寸的片状粉末进行分级与收集。该方法虽然在整个生产流程都有氮气进行保护，所制备的铝粉片状形貌良好，但是需要超高压、成本较高，且所得铝粉光泽度较高等不足。公开号为CN108339988A的专利技术专利公开了一种等离子球磨制备片状铝粉的方法及应用，该方法是利用铝粉在Ar保护下进行等离子体外场辅助球磨，利用等离子体对铝粉的电致塑性效果，促进铝粉在球磨的过程中的片状化，得到直径10-100μm片状良好的多层次铝粉。该方法虽然效率超高，工艺简单，成本较低，且保证了铝粉的活性，片状十分优良，但是同样存在所得铝粉光泽度较高，且粉末粒度分布不均等不足。公开号为CN1876288A的专利申请文件中公开了一种薄膜过渡法制备高亮度纳米片状铝粉的方法。该方法首先在真空中将铝棒加热至蒸发，使其冷凝在一个可溶性基体之上，形成一层超薄的铝膜，再将基体溶解，分离得到铝膜，再对其进行搅拌破碎，得到细化之后的片状铝粉。该方法类似于工业上常用的蒸发-冷凝法，能够制备得到片状超薄、粒度分布集中、径厚比较大的片状铝粉，但是同样存在操作复杂，成本较高，且所得铝粉光泽度较高的缺点。从上述方法可以看出在制备片状铝粉时主要采用高能球磨法和蒸发-冷凝法，并且高能球磨法主要采用的是行星球磨和普通滚动球磨，且多为湿磨，因此球磨时间长，后续操作繁琐，生产效率低，而蒸发-冷凝法对设备要求严苛，成本高，不易于工业化生产。
技术实现思路
为了制备出表面光泽度低，且红外隐身性能优良的片状铝粉，将红外隐身及可见光隐身兼容，并促使其产业化大批量发展，本专利技术提供了一种氨气等离子球磨制备片状铝粉的方法。本专利技术制备的片状铝粉呈表面粗糙的超薄片状结构，具有低红外发射率和低光泽度。其基本原理为，对球磨罐的两电极施加高压脉冲电，激发球磨罐内的氨气，产生低温放电NH3等离子体，进行辉光放电下的等离子体辅助球磨。在等离子球磨中，球磨罐内具有两种放电模式。其一为两电极之间气体激发形成的放电，产生辉光放电弥漫在球磨罐空间内，是气体和粉末激发活化的主要能量来源，称之为外建电场；另一种放电模式为磨球之间、粉末颗粒之间的放电，称之为内建电场。这种内建电场与外加电场大小呈非线性关系，两者叠加所能达到的电场强度可能非常大，击穿电流强度可能很高。本专利技术采用氨气等离子球磨的方式，利用氨气等离子体球磨的电致塑性效应实现了原始铝粉的快速片状化，并利用球磨过程中的微量气固反应效应，在球磨的过程中，原位生成少量AlN介质颗粒，而通过调整相关球磨参数（振幅峰峰值、磨球材质、填充比等）能够影响AlN介质颗粒与Al基体之间的内建电场强度，与外建电场相叠加后将引起大量的电场畸变，形成强度极高的局部电场，使得粉末直接熔穿，在片状粉末表面形成微孔，进而在球磨机械能的作用下引起应力集中，进而形成裂纹，进一步细化粉末，最终形成片状尺寸均一的片状铝粉。相比于公开号为CN108339988A的专利技术专利，本专利技术的优势在于能够在更短的时间内将粉末加工至更小的尺寸，同时具有更高的粗糙度。一种氨气等离子球磨制备片状铝粉的方法，包括如下步骤：（1）在球磨罐中装入高纯度Al粉末，放入金属磨球为硬质合金材质，球料比为30：1-50：1，球料填充比为30~60%，混入占粉末总质量比为0.5~3%聚合醇胺和无水乙醇混合液作为有机溶剂；（2）对球磨罐进行抽真空清洗，然后通入高纯氨气，气压为0.01~0.1Mpa；（3）开启机械振动，调节振动平台振幅峰峰值到达10mm-15mm，球磨机振动加速度为280~410m/s2；开启等离子体电源，调节工作电流为0.5~3A，激发电压为10~20kV；放电等离子球磨时间为2~4h；（4）收集片状铝粉并进行分级处理，获得粒度为20～40μm且表面布满小凸起的低发射率低光泽度片状铝粉。进一步地，金属磨球介质为硬质合金球。进一步地，所述高纯度Al粉末的平均粒度为10-50μm。进一步地，聚合醇胺和无水乙醇混合液的质量比为1:1。进一步地，步骤（1）（2）（3）中所述硬质合金材质的金属磨球，球料比为30：1-50：1，球料填充比为50%；通入氨气气压为0.1MPa；上述条件以保证球磨室内的放电强度达到5×105V/m；进一步地，所述的振动平台振幅峰峰值到达10mm-15mm，球磨机振动加速度为280~410m/s2；与球磨室内的放电强度达到5×105V/m，相互配合实现了对铝粉的快速细化和片状保持率。进一步地，步骤（4）所述的，获得粒度为20～40μm且表面布满小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氨气等离子球磨制备片状铝粉的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n（1）在球磨罐中装入高纯度Al粉末，放入金属磨球为硬质合金材质，球料比为30：1-50：1，球料填充比为30~60%，混入占粉末总质量比为0.5~3%聚合醇胺和无水乙醇混合液作为有机溶剂；/n（2）对球磨罐进行抽真空清洗，然后通入高纯氨气，气压为0.01~0.1Mpa；/n（3）开启机械振动，调节振动平台振幅峰峰值到达10mm-15mm，球磨机振动加速度为280~410m/s

【技术特征摘要】
1.一种氨气等离子球磨制备片状铝粉的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）在球磨罐中装入高纯度Al粉末，放入金属磨球为硬质合金材质，球料比为30：1-50：1，球料填充比为30~60%，混入占粉末总质量比为0.5~3%聚合醇胺和无水乙醇混合液作为有机溶剂；
（2）对球磨罐进行抽真空清洗，然后通入高纯氨气，气压为0.01~0.1Mpa；
（3）开启机械振动，调节振动平台振幅峰峰值到达10mm-15mm，球磨机振动加速度为280~410m/s2；开启等离子体电源，调节工作电流为0.5~3A，激发电压为10~20kV；放电等离子球磨时间为2~4h；
（4）收集片状铝粉并进行分级处理，获得粒度为20～40μm且表面布满小凸起的低...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾美琴，李阳，鲁忠臣，胡仁宗，朱敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44