一种高均匀纳米W-Ni预合金复合粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高均匀纳米W

【技术实现步骤摘要】
一种高均匀纳米W
‑
Ni预合金复合粉的制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米粉体制备
，特别是涉及一种高均匀纳米W
‑
Ni预合金复合粉的制备方法。

技术介绍

[0002]W
‑
Ni合金具有高熔点、高硬度、高强度、耐磨耐腐和抗辐照等特点，在核能、医疗等领域都具有非常重要的应用。钨镍合金通常采用粉末冶金方法制备，粉末的均匀性、粒度特性对合金的组织均匀性和烧结性能有很重要的影响，尤其对于Ni含量较高的W
‑
Ni合金(如75～85W
‑
Ni)，如果镍分布不均匀，极易发生组织不均和局部晶粒的异常长大，并且在采用高温液相烧结时，由于液相数量多，极易发生烧结变形。
[0003]目前W
‑
Ni粉末的主要制备方法有机械合金化法，雾化法(如等离子旋转电极等)，共沉淀法等。其中，机械合金化可以实现W
‑
Ni粉末的预合金化、晶粒达到纳米级别，但粉末容易成片层状、成形性变差，并且容易引入杂质。等离子旋转电极雾化法虽然可以实现W
‑
Ni粉末的合金化，但粉末的粒度大(10～50微米)，并且由于W和Ni熔点差异大，粉末颗粒容易存在成分的偏析。直接共沉淀法通过化学沉淀获得均匀复合前驱体，但在实际反应条件中是一种非均匀沉淀，获得的粉末依然存在形貌、粒度和成分分布上不均匀的问题。
[0004]为此，本专利技术借助络合沉淀法，一方面解决了沉淀反应均匀化的问题，同时使各元素达到原子级混合，并且采用中温和高温还原，制备出预合金化程度更高的纳米W
‑
Ni预合金复合粉，利用其纳米和预合金化的高烧结活性，实现W
‑
Ni合金在1350～1420℃固相烧结近全致密化，并且解决了合金烧结变形等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高均匀纳米W
‑
Ni预合金复合粉的制备方法，以解决上述制备方法制备的合金复合粉末存在形貌、粒度和成分分布上不均匀的问题，本专利技术一方面发挥沉淀法的优势，一步实现产物中各元素的原子级混合，同时进一步使沉淀过程平缓、均匀、可控，从而获得粒径尺寸纳米级沉淀颗粒，沉淀颗粒经中温
‑
高温还原后得到纳米W
‑
Ni预合金复合粉。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种高均匀纳米W
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Ni预合金复合粉的制备方法，通过引入络合剂将镍离子与钨酸根离子间的直接共沉淀反应转换为镍氨配体与偏钨酸根离子间的络合
‑
沉淀平衡反应，由非均匀沉淀变为均匀沉淀，沉淀物经干燥、煅烧和还原后获得纳米级W
‑
Ni预合金复合粉末。
[0007]优选的，包括以下步骤：
[0008]步骤S1，母液配置：以硝酸镍为镍源、氨水为络合剂，偏钨酸铵溶液为钨源和沉淀剂，PEG400为分散剂，先制备稳定的镍氨配合物体系，之后依次加入分散剂和沉淀剂，在加入沉淀剂之前，需先用稀硝酸调节母液的pH值；
[0009]步骤S2，水浴反应：水浴反应在具有搅拌条件的开放恒温装置中进行，水浴温度80
～85℃，水浴时间30～90min；
[0010]步骤S3，干燥：将反应后的母液抽滤后进行干燥，获得沉淀产物粉末；
[0011]步骤S4，煅烧：将沉淀产物在空气中煅烧，获得复合氧化物粉末；
[0012]步骤S5，还原：对复合氧化物粉末在氢气气氛下进行还原，得到纳米W
‑
Ni合金复合粉末。
[0013]优选的，步骤S1中母液的pH值需根据反应条件进行计算确定，合适的反应pH值范围应满足以下要求：
[0014]以配合物在母液中不产生酸效应的最低pH值为下限值；
[0015]以自由镍离子在热力学上优先与钨酸根离子结合，不生成氢氧化物沉淀的最高pH值为上限值。其中pH值的选择决定了产物合金的成分，其原理在于：根据成分的需要，通过pH值的调节控制偏钨酸根离子的水解产物组成，对应的调整沉淀剂的浓度和加入量，从而获得特定计量比的沉淀产物。
[0016]优选的，步骤S1中按母液中的摩尔浓度，所述母液中硝酸镍为0.5～1.5mol/L、NH3浓度为1.0～5.0mol/L，偏钨酸铵为0.05～0.20mol/L，分散剂为3％
‑
5％，其余为去离子水，母液配置时先将镍源与络合剂充分混合，之后依次加入分散剂和沉淀剂，在加入沉淀剂之前，需先用稀硝酸调节母液的pH值至7
‑
12。
[0017]优选的，步骤S3所述沉淀物的干燥在真空干燥箱或烘箱中进行，干燥温度130～140℃，干燥时间60～90min。
[0018]优选的，步骤S4中沉淀产物的煅烧温度450～550℃，煅烧时间60～120min。
[0019]优选的，步骤S5复合氧化物在氢气气氛下进行中温
‑
高温还原，中温还原温度为450～500℃，保温时间60～120min；高温还原温度700～750℃，还原时间60～120min。
[0020]优选的，所用还原设备为管式氢气还原炉，发热体为钼丝，氢气露点
‑
60℃，氢气流量60～100mL/s，层料厚度≤50mm。
[0021]本专利技术这种方法来制取W
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Ni预合金复合粉，沉淀过程均匀缓慢，获得的沉淀产物球形度高，粒度分布均匀，颗粒中W、Ni间达到了原子层级的均匀混合，一次颗粒的粒径达到了纳米级别，具有均匀沉淀的特点。通过调节母液的pH值能够实现对合金成分的控制，操作简便，易于进行工业生产。
[0022]本专利技术提供的纳米W
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Ni预合金复合粉末制备方法，解决了直接共沉淀法的形貌、粒度和成分分布上不均匀的问题，在原子层面上实现了W、Ni元素的成分分布均匀且预合金化；相比机械合金化、雾化法制备的粉末粒度更细小，烧结活性高，可以实现W
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Ni合金在1350～1420℃固相烧结近全致密化、晶粒组织均匀且细小，并且解决了高Ni含量(如W
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25Ni，Ni体积分数超过40％)合金烧结易变形的问题。
[0023]因此，本专利技术采用上述结构的一种高均匀纳米W
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Ni预合金复合粉的制备方法，具有以下有益效果：
[0024]1.与机械合金化、雾化法相比，本专利技术方法制备的W
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Ni预合金复合粉末，粉末中元素间的混合完全均匀化，预合金化程度高，并且粒度达到纳米级，具有高的烧结活性。
[0025]2.与直接共沉淀相比，络合体系的引入解决了沉淀反应为非均匀沉淀的问题，使获得的合金粉末具有球形特征，形貌、成分、粒度分布的均匀性好。
[0026]3.本专利技术的W
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Ni预合金复合粉末中的W、Ni成分可以根据需要调节，且制备方法简
便快捷，合金成分可通过反应条件进行控制，可批量用于工业生产。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高均匀纳米W
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Ni预合金复合粉的制备方法，其特征在于：通过引入络合剂氨水将镍离子与钨酸根离子间的直接共沉淀反应转换为镍氨配体与偏钨酸根离子间的络合
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沉淀平衡反应，由非均匀沉淀变为均匀沉淀，沉淀物经干燥、煅烧和还原后获得纳米级W
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Ni预合金复合粉末。2.根据权利要求1所述的一种高均匀纳米W
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Ni预合金复合粉的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，母液配置：以硝酸镍为镍源、氨水为络合剂，偏钨酸铵溶液为钨源和沉淀剂，PEG400为分散剂，先制备稳定的镍氨配合物体系，之后依次加入分散剂和沉淀剂，在加入沉淀剂之前，需先用稀硝酸调节母液的pH值；步骤S2，水浴反应：水浴反应在具有搅拌条件的开放恒温装置中进行，水浴温度80
‑
85℃，水浴时间30～90min；步骤S3，干燥：将反应后的母液抽滤后进行干燥，获得沉淀产物粉末；步骤S4，煅烧：将沉淀产物在空气中煅烧，获得复合氧化物粉末；步骤S5，还原：对复合氧化物粉末在氢气气氛下进行还原，得到纳米W
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Ni预合金复合粉末。3.根据权利要求2所述的一种高均匀纳米W
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Ni预合金复合粉的制备方法，其特征在于：步骤S1中母液的pH值需根据反应条件进行计算确定，合适的反应pH值范围应满足以下要求：以配合物在母液中不产生酸效应的最低pH值为下限值；以自由镍离子在热力学上优先与钨酸根离子结合，不生成氢氧化物沉淀的最高pH值为上限值。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：李昆，成会朝，冯建伟，陈莉，何勇，钱铖，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：