專利名稱：Edta絡合法制備納米級彌散強化金屬用預合金粉末的方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，屬于液相制混合金屬氧化物粉末的范疇。采用絡合 溶膠-凝膠一干燥一焙燒一氫氣還原的工藝，綜合了有機化學、膠體化學、無機化學 及粉末冶金等相關知識，適用于各類要求良好的高溫性能或力學性能的金屬粉末制 品的生產。技術背景彌散強化技術特別是對提高高溫合金的熱穩定性和硬度、強度是十分有效的手 段，也是一般金屬提高高溫性能和力學性能的很好的方法。 一般認為氧化物顆粒越 細小，分布越均勻，能使材料性能提高的越顯著。氧化物彌散強化在高性能銅合金、 高溫合金等領域己有非常成功的應用實例。目前，在制備氧化物彌散材料上主要采用機械合金化，內氧化技術。中國發明 專利CN200610128421. 8公開了一種內氧化的方法制備Al203彌散強化銅合金材料。 中國發明專利CN94112582.3公開了一種機械球磨合金化的方法制備彌散強化銅電 阻焊電極材料。文獻l (材料工程，1995， 4: 6)報道了，以Fe原始粉末，以Cr、 Al、 Ti、 Mo為中間合金粉末，以Y203粉(cK50nm)為第二相彌散強化粒子，通過機 械合金化工藝制備高溫合金。這些方法對材料的性能有一定的提高，但存在成本高， 不易控制，彌散程度不夠均勻，達不到高性能要求等缺點。發明內容本發明的目的在于提供一種EDTA絡合法制備納米級彌散強化金屬用預合金粉末 的方法。此法的特點，成本低，操作易控制，制備的彌散相能均勻彌散地分布在基 體金屬粉末中。本發明的原理是EDTA (乙二胺四乙酸)是一種強絡合劑，可以與周期表中的大 多數元素形成穩定性常數大的絡合物。絡合物的形成大大減少溶液中自由金屬離子 的濃度，防止在濃縮過程中可能出現沉淀，影響均勻性。在濃縮形成凝膠的過程中， 由于金屬絡合物的聚合導致溶液粘度的迅速增加,EDTA能確保金屬離子在溶液中均 勻分布，從而保證了金屬離子在凝膠中原子級水平的均勻分布，防止金屬離子的偏 析，為后續工藝處理中得到細小、均勻氧化物彌散強化金屬材料提供保障。EDTA絡合法制備納米級彌散強化金屬用預合金粉末的方法，本發明首先配置含 基體和彌散相金屬離子的硝酸鹽混合溶液，按照n(EDTA):n(金屬離子X.1-1.5:1
向混合溶液中加入EDTA氨水溶液，再加入適量的乙二醇作為分散劑；磁力攪拌下，緩慢滴加氨水調節溶液的PH值到弱堿性；繼續攪拌，于水浴中加熱蒸發，得到粘稠狀膠體；將其置于干燥箱中處理一段時間，之后于馬弗爐中焙燒得到超細氧化物混 合粉；將所得的超細氧化物混合粉在氫氣流中選擇還原，即得到納米級氧化物彌散 強化金屬用的預合金粉末。具體工藝步驟如下-a、 先將分析純的含基體和彌散相金屬離子的硝酸鹽配置成一定濃度的溶液，基 體金屬離子濃度在0. 5-2. 5mol/L，基體金屬硝酸鹽最終生成基體金屬，彌散相金屬 硝酸鹽最終生成彌散相氧化物；將原料折合成彌散相氧化物和基體金屬的質量時， 氧化物彌散相占總合金的質量分數在0. 25%—5%;b、 按照n(EDTA) :n(金屬離子X. 1-1. 5:1向混合溶液中加入EDTA氨水溶液， 再加入EDTA用量的10%-15%的乙二醇作為分散劑。磁力攪拌下，緩慢滴加氨水調節 溶液的pH值到弱堿性(pH=8-9);c、 放入水浴鍋中80-10(TC進行恒溫加熱蒸發成溶膠，成膠后放入烘箱中110-120 'C進行干燥得到干凝膠，之后于馬弗爐中600-900'C焙燒得到超細氧化物混合粉；e、 混合氧化物在600-90(TC下進行還原，保護氣氛為氫氣，還原時間為30-60min， 得到納米級彌散相顆粒與納米級基體顆粒高度均勻混合的預合金粉末；f、 將所得預合金粉末在800-1000Mpa壓力下鋼模壓制，然后在^氣氛下，進行 燒結，燒結溫度為1000-1200'C，保溫時間為60-90min。由于納米級氧化物的高度 均勻彌散強化，從而獲得了性能優良的合金材料。其中所用的硝酸鹽必須溶于水，并能與EDTA形成配合物；在通常條件下，基體 金屬氧化物可以被氫氣還原，基體元素可為Fe、 Ni、 Co、 Cu或其合金；在通常條 件下，彌散相選擇陶瓷類金屬氧化物，不能被氫氣還原，彌散相氧化物可為A1203、 Th02、 YA中的一種。本發明的優點在于該法具有混合均勻(在原子水平上混合)，化學計量易于控制、原料易得、操作簡單、能在較低的溫度下形成分散性好且粒度細的混合粉體，是一種制備納米級氧化物 彌散強化金屬用預合金粉末的有效方法,易于應用推廣。
具體實施方式
實施例l: 1. 0%氧化鋁彌散強化鐵基合金(1) 稱取分析純Fe(N03)3.9H20 202克，A1(N03)3.9H20 2.1克，溶入去離 子水中，配置成250ml混合溶液；(2) 稱取分析純EDTA163克，溶于250ml質量分數為25%的氨水中，配成 混合溶液；(3) 將以上兩種溶液混合，再加入18克的乙二醇作為分散劑，磁力攪拌 下，緩慢滴加氨水調節溶液的pH值為8;(4) 放入水浴鍋中8(TC進行恒溫加熱蒸發成溶膠；(5) 成膠后放入烘箱中IIO'C進行干燥得到干凝膠，之后于馬弗爐中600 'C焙燒得到超細氧化物混合粉；(6) 將分解后的氧化物在60(TC的氫氣流中還原60min，得到納米氧化鋁 彌散的鐵粉；(7) 將所得鐵粉在800Mpa壓力下鋼模壓制，H2氣氛下，1200'C燒結60min 后得到產品性能良好。實施例2: 2. 0%氧化釔彌散強化鐵基合金(1) 稱取分析純Fe(N03) 3.9H20 202克，Y(N03)3.6H20 1.94克，溶入去離 子水中，配置成300ml混合溶液；(2) 稱取分析純EDTA221克，溶于250ml質量分數為25%的氨水中，配成 混合溶液；(3) 將以上兩種溶液混合，再加入33克的乙二醇作為分散劑，磁力攪拌 下，緩慢滴加氨水調節溶液的PH值為9;(4) 放入水浴鍋中IO(TC進行恒溫加熱蒸發成溶膠；(5) 成膠后放入烘箱中12(TC進行干燥得到干凝膠，之后于馬弗爐900'C 焙燒得到超細氧化物混合粉；(6) 將分解后的氧化物在90(TC的氫氣流中還原30min，得到納米氧化釔 彌散強化的鐵粉；(7) 將所得鐵粉在1000Mpa壓力下鋼模壓制，H2氣氛下，IOO(TC燒結90min 后得到產品性能良好。上例所制備的氧化物彌散強化金屬產品，工藝簡單，容易控制，具有較好的高溫性能和較高的強度硬度和耐磨性。
權利要求
1、EDTA絡合法制備納米級彌散強化金屬用預合金粉末的方法，其特征在于用“多齒配合物”EDTA做絡合劑，使EDTA在氨水溶液中與基體金屬離子和彌散相金屬離子發生絡合作用，形成高度分散的溶膠；再通過熱分解的方法去除溶膠中的有機配體，得到超細氧化物混合粉末；然后將所得的混合物在氫氣流中進行選擇還原，從而獲得了納米級彌散相顆粒與納米級基體顆粒高度均勻混合的預合金粉末；將預合金粉末經壓制燒結后能獲得性能極佳的產品；具體工藝步驟為a、先將分析純的含基體和彌散相金屬離子的硝酸鹽配置成一定濃度的溶液，基體金屬離子濃度在0.5-2.5mol/L，基體金屬硝酸鹽最終生成基體金屬，彌散相金屬硝酸鹽最終生成彌散相氧化物；將原料折合成彌散相氧化物和基體金屬的質量時，氧化物彌散相占總合金的質量分數在0.25％—5％；b、按照EDTA:金屬離子＝1.1-1.5:1向混合溶液中加入EDTA氨水溶液，再加入EDTA用量的10％-15％的乙二醇作為分散劑；磁力攪拌下，緩慢滴加氨水調節溶液的pH值到pH＝8-9；c、放入水浴鍋中80-100℃進行恒溫加熱蒸發成溶膠，成膠后放入烘箱中110-120℃進行干燥得到干凝膠，之后于馬弗爐中600-900℃焙燒得到超細氧化物混合粉；e、超細氧化物混合粉在600-900℃下進行還原，保護氣氛為氫氣，還原時間為30-60min，得到納米級彌散相顆粒與納米級基體顆粒高度均勻混合的預合金粉末；f、將所得預合金粉末在800-1000Mpa壓力下鋼模壓制，然后在H2氣氛下，進行燒結，燒結溫度為1000-1200℃，保溫時間為60-90min；由于納米級氧化物的高度均勻彌散強化，從而獲得了性能優良的合金材料。
2、 按照權利要求1所述一種制備納米級氧化物彌散強化金屬用的預合金粉末的 方法，其特征在于所用的硝酸鹽必須溶于水，并能與EDTA形成配合物。
3、 按照權利要求1所述一種制備納米級氧化物彌散強化金屬用的預合金粉末的 方法，其特征在于基體金屬氧化物能被氫^還原，基體金屬元素為Fe、 Ni、 Co、 Cu或其合金。
4、 按照權利要求1所述一種制備納米級氧化物彌散強化金屬用的預合金粉末的 方法，其特征在于彌散相選擇陶瓷類金屬氧化物，不能被氫氣還原，彌散相氧化 物為A1203、 ThOa、 Y203中的一種。
全文摘要
EDTA絡合法制備納米級彌散強化金屬用預合金粉末的方法，屬于金屬材料領域。將含基體和彌散相金屬離子的硝酸鹽混合物溶入一定濃度的EDTA氨水溶液，再加入適量的乙二醇作為分散劑；磁力攪拌下，緩慢滴加氨水調節溶液的pH值到弱堿性，于水浴中加熱蒸發，得到粘稠狀膠體；將其置于干燥箱中處理一段時間，之后于馬弗爐中焙燒得到超細氧化物混合粉；將所得的混合物在氫氣流中選擇還原(彌散相選擇陶瓷類金屬氧化物，通常條件下，不能被氫氣還原)，即得到納米級氧化物彌散強化金屬用合金粉末；壓制燒結后產品的性能較好。該法具有混合均勻，化學計量易于控制、原料易得、操作簡單等優點，能在較低的溫度下形成分散性好且粒度細的混合粉體，易于應用推廣。
文檔編號B22F9/24GK101391309SQ20081022589
公開日2009年3月25日 申請日期2008年11月5日 優先權日2008年11月5日
發明者李美霞, 驥 羅, 郝俊杰, 郭志猛, 敏 陳 申請人:北京科技大學