本發明屬于新材料制備的技術領域，更具體地講，涉及一種納米Ni-Zn粉體及其制備方法。
背景技術：
Ni-Zn合金具有優良的耐腐蝕性能，尤其適應于惡劣的環境中使用，目前已經被廣泛用于鋼鐵的防腐涂層等。納米粉體是制備納米塊體材料的基礎，若能夠制備出粒徑分布均勻的Ni-Zn納米粉體，可望用于制備Ni-Zn納米塊體材料。
現有技術中還沒有公開納米Ni-Zn粉體的制備方法，因此有必要提供一種納米Ni-Zn粉體及其制備方法。
技術實現要素：
為了解決現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種產物純度高、工藝簡單且易于產業化的納米Ni-Zn粉體及其制備方法。
本發明的一方面提供了一種納米Ni-Zn粉體的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
A、將鎳粉和鋅粉均勻混合得到鎳鋅混合粉，其中，鎳粉和鋅粉的質量比為58:42～28:72；
B、取等摩爾比的硝酸鈉和硝酸鉀并均勻混合得到混合鹽；
C、向所述鎳鋅混合粉中加入所述混合鹽并在球磨機中球磨均勻得到混合粉體，再將所述混合粉體制成坯體，其中，混合鹽的加入量為鎳鋅混合粉重量的1～3倍；
D、將所述坯體置于氫氣氣氛下的管式爐中，在700～900℃的溫度條件下保溫30～120min并隨后冷卻至室溫得到含有Ni-Zn粉體的混合物；
E、將所述含有Ni-Zn粉體的混合物經水溶解處理去掉硝酸鈉和硝酸鉀后，沖洗、烘干得到納米Ni-Zn粉體。
根據本發明納米Ni-Zn粉體的制備方法的一個實施例，在步驟A中，所述鎳粉或鋅粉的粒徑為30～75μm。
根據本發明納米Ni-Zn粉體的制備方法的一個實施例，在步驟C中，球磨的步驟為：裝入球磨機的球磨罐后，將球磨罐抽真空至0.1～1.0Pa，再通入氬氣使球磨罐內的壓力為0.9～1.1atm，然后在轉速為100～300轉/分、球料比為10:1～20:1的條件下球磨混料5～10小時，得到球磨均勻的混合粉體。
根據本發明納米Ni-Zn粉體的制備方法的一個實施例，在步驟C中，制成坯體的步驟為：利用壓片機在3～5MPa的壓力下將所述混合粉體制成坯體，所述坯體的直徑為15～25mm。
根據本發明納米Ni-Zn粉體的制備方法的一個實施例，在步驟D中，先向管式爐中通入氬氣30～40分鐘排空管式爐中的空氣后再持續通入氫氣，并開始升溫至700～900℃。
根據本發明納米Ni-Zn粉體的制備方法的一個實施例，在步驟E中，將含有Ni-Zn粉體的混合物放入水中浸泡10～15小時，其中，水的重量能夠保證硝酸鈉和硝酸鉀完全溶解；待硝酸鈉和硝酸鉀完全溶解后，過濾出Ni-Zn粉體并沖洗、在烘箱中烘干得到納米Ni-Zn粉體。
本發明的另一方面提供了一種納米Ni-Zn粉體，所述納米Ni-Zn粉體采用上述納米Ni-Zn粉體的制備方法制備得到。
根據本發明納米Ni-Zn粉體的一個實施例，所述納米Ni-Zn粉體的粒徑為100～200nm。
本發明的納米Ni-Zn粉體及其制備方法具有設備工藝簡單、成本低、能耗小等優點，能夠成功制備出納米Ni-Zn粉體，產物純度高且工藝過程易于產業化。
附圖說明
圖1示出了本發明實施例1中制備得到的納米Ni-Zn粉體的SEM照片。
具體實施方式
本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
下面先對本發明納米Ni-Zn粉體的制備方法進行詳細地說明。
根據本發明的示例性實施例，所述納米Ni-Zn粉體的制備方法包括以下多個步驟。
步驟A：
將鎳粉和鋅粉均勻混合得到鎳鋅混合粉，其中，鎳粉和鋅粉的質量比為58:42～28:72。
在進行本步驟的備料，需根據最終制備得到的Ni-Zn粉體中兩種元素的比例來進行備料。在進行混合時，將兩種反應物均勻混合有利于后續反應的進行。優選地，控制鎳粉和鋅粉的質量比為58:42～28:72。
本發明選用的鎳粉和鋅粉可以是普通的市售商用鎳粉和鋅粉，其純度為99.9％～99.99％，鎳粉或鋅粉的粒徑為30～75μm。
步驟B：
取等摩爾比的硝酸鈉和硝酸鉀并均勻混合得到混合鹽。
本發明采用等摩爾比的硝酸鈉和硝酸鉀的目的是，等摩爾比的硝酸鈉和硝酸鉀能夠形成共晶且該混合鹽的熔點為501℃左右。在后續的高溫反應溫度下，該混合鹽具有很好的流動性，有助于浸潤產物、提高產物分散性并降低產物粒徑。
步驟C：
向步驟A得到的鎳鋅混合粉中加入步驟B得到的混合鹽并在球磨機中球磨均勻得到混合粉體，再將混合粉體制成坯體，其中，混合鹽的加入量為鎳鋅混合粉重量的1～3倍。
本步驟在鎳鋅混合粉中加入上述混合鹽是為了控制最終產物的分散性，防止產物團聚成大顆粒。同時，因為硝酸鈉和硝酸鉀不參與反應，分兩步混合效率更高。
本步驟采用的球磨機可以為行星式球磨機等，球磨的步驟具體為：裝入球磨機的球磨罐后，將球磨罐抽真空至0.1～1.0Pa，再通入氬氣使球磨罐內的壓力為0.9～1.1atm，然后在轉速為100～300轉/分、球料比為10:1～20:1的條件下球磨混料5～10小時，得到球磨均勻的混合粉體。
鎳粉和鋅粉在球磨的作用下內能升高，然后之后會在熔融混合鹽的液相環境中反應生成鎳鋅金屬間化合物粉體。在球磨過程中，隨著球磨時間的延長，粉體顆粒變小、比表面積增加且反應活性提高，鎳粉和鋅粉逐步形成均勻的混合粉末；硝酸鈉和硝酸鉀混合鹽的加入可以控制反應速率，提高產物分散性，在隨后的升溫過程中發生化學反應時，易于形成納米尺寸的Ni-Zn粉體。并且，硝酸鈉和硝酸鉀混合鹽熔融后對產物顆粒有良好的浸潤作用，避免了納米Ni-Zn粉體的團聚。
制成坯體是為了更好地進行后續的處理，其中，制成坯體的具體步驟為：利用壓片機在3～5MPa的壓力下將混合粉體制成坯體，坯體的直徑例如為15～25mm。
步驟D：
將步驟C制得的坯體置于氫氣氣氛下的管式爐中，在700～900℃的溫度條件下保溫30～120min并隨后冷卻至室溫得到含有Ni-Zn粉體的混合物。
在本步驟中，優選地先向管式爐中通入氬氣30～40分鐘排空管式爐中的空氣后再持續通入氫氣，并開始升溫至700～900℃，并在冷卻至室溫的過程中始終保持氫氣的通入，由此在升降溫過程中利用氫氣保護原料及產物不被氧化。
本發明中，球磨的作用是把原料鎳、鋅粉末混合均勻，同時把球磨過程中的機械能轉變為粉末的內能儲存在原料粉末中，目的是為了降低本步驟在硝酸鹽中的反應溫度。在這個球磨的過程中，本發明很好地控制了球磨的強度，不會發生Ni粉和Zn粉的反應。長時間的高能球磨會發生Ni+Zn→NiZn的反應，不球磨直接在硝酸鹽里面，溫度足夠高也會發生Ni+Zn→NiZn的反應。本發明實際上是把兩者結合起來，短時間球磨提高粉末能量狀態，避免長時間球磨中球磨介質帶來的雜質；并且，降低本步驟在硝酸鹽中的反應溫度，有利于降低能耗、節約能源。
步驟E：
將步驟D中得到的含有Ni-Zn粉體的混合物經水溶解處理去掉硝酸鈉和硝酸鉀后，沖洗、烘干得到納米Ni-Zn粉體。
具體地，將含有Ni-Zn粉體的混合物放入水中浸泡10～15小時，其中，水的重量能夠保證硝酸鈉和硝酸鉀完全溶解；待硝酸鈉和硝酸鉀完全溶解后，過濾出Ni-Zn粉體并沖洗、在烘箱中烘干得到納米Ni-Zn粉體。
本發明同時還提供了一種納米Ni-Zn粉體，該納米Ni-Zn粉體采用上述納米Ni-Zn粉體的制備方法制備得到。根據本發明，所述納米Ni-Zn粉體的粒徑為100～200nm。事實上，該Ni-Zn粉體是Ni與Zn形成的金屬間化合物粉體。
應理解，本發明詳述的上述實施方式及以下實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬于本發明的保護范圍。
下面結合具體實施例對本發明的納米Ni-Zn粉體及其制備方法作進一步說明。
實施例1：
原料為粒徑300目的商用鎳粉和鋅粉，按質量比50:50配料形成30克鎳鋅混合粉；向其中加入30克由等摩爾比的NaNO3和KNO3混合而成的混合鹽，簡單混合后放入球磨機的不銹鋼球磨罐中。將球磨罐密封后，抽真空至0.5Pa，充入氬氣至壓力為0.9atm，控制球料比為10:1且球磨機的轉速為300轉/分，球磨6個小時后得到混合粉體，利用壓片機在4MPa的軸向壓力下將混合粉體壓制成φ20mm的坯體。將坯體放入管式爐中，通入氬氣半小時以排空管式爐中的空氣，之后持續通入氫氣并以100℃/h的升溫速率升溫至800℃，保溫100min后冷卻至室溫。
將反應后冷卻下來的含有Ni-Zn粉體的混合物放入10倍于該混合物重量的水中浸泡10小時。待NaNO3和KNO3完全溶解于水中后，過濾出NiZn粉體，將NiZn粉體反復用水沖洗并烘干后，經測定為粒徑為100～150nm的納米Ni-Zn粉體。該粉體的SEM照片如圖1所示。
實施例2：
原料為粒徑300目的商用鎳粉和鋅粉，按質量比55:45配料形成30克鎳鋅混合粉；向其中加入60克由等摩爾比的NaNO3和KNO3混合而成的混合鹽，簡單混合后放入球磨機的不銹鋼球磨罐中。將球磨罐密封后，抽真空至0.8Pa，充入氬氣至壓力為1.0atm，控制球料比為15:1且球磨機的轉速為250轉/分，球磨5個小時后得到混合粉體，利用壓片機在4MPa的軸向壓力下將混合粉體壓制成φ15mm的坯體。將坯體放入管式爐中，通入氬氣半小時以排空管式爐中的空氣，之后持續通入氫氣并以100℃/h的升溫速率升溫至750℃，保溫120min后冷卻至室溫。
將反應后冷卻下來的含有Ni-Zn粉體的混合物放入10倍于該混合物重量的水中浸泡10小時。待NaNO3和KNO3完全溶解于水中后，過濾出NiZn粉體，將NiZn粉體反復用水沖洗并烘干后，經測定為粒徑為150～200nm的納米Ni-Zn粉體。
實施例3：
原料為粒徑250目的商用鎳粉和鋅粉，按質量比30:70配料形成30克鎳鋅混合粉；向其中加入90克由等摩爾比的NaNO3和KNO3混合而成的混合鹽，簡單混合后放入球磨機的不銹鋼球磨罐中。將球磨罐密封后，抽真空至0.3Pa，充入氬氣至壓力為1.1atm，控制球料比為20:1且球磨機的轉速為200轉/分，球磨8個小時后得到混合粉體，利用壓片機在5MPa的軸向壓力下將混合粉體壓制成φ10mm的坯體。將坯體放入管式爐中，通入氬氣半小時以排空管式爐中的空氣，之后持續通入氫氣并以100℃/h的升溫速率升溫至900℃，保溫60min后冷卻至室溫。
將反應后冷卻下來的含有Ni-Zn粉體的混合物放入10倍于該混合物重量的水中浸泡10小時。待NaNO3和KNO3完全溶解于水中后，過濾出NiZn粉體，將NiZn粉體反復用水沖洗并烘干后，經測定為粒徑為100～150nm的納米Ni-Zn粉體。
實施例4：
原料為粒徑300目的商用鎳粉和鋅粉，按質量比40:60配料形成30克鎳鋅混合粉；向其中加入50克由等摩爾比的NaNO3和KNO3混合而成的混合鹽，簡單混合后放入球磨機的不銹鋼球磨罐中。將球磨罐密封后，抽真空至0.5Pa，充入氬氣至壓力為0.9atm，控制球料比為15:1且球磨機的轉速為300轉/分，球磨4個小時后得到混合粉體，利用壓片機在4MPa的軸向壓力下將混合粉體壓制成φ25mm的坯體。將坯體放入管式爐中，通入氬氣半小時以排空管式爐中的空氣，之后持續通入氫氣并以100℃/h的升溫速率升溫至850℃，保溫90min后冷卻至室溫。
將反應后冷卻下來的含有Ni-Zn粉體的混合物放入10倍于該混合物重量的水中浸泡10小時。待NaNO3和KNO3完全溶解于水中后，過濾出NiZn粉體，將NiZn粉體反復用水沖洗并烘干后，經測定為粒徑為150～200nm的納米Ni-Zn粉體。
綜上所述，本發明的納米Ni-Zn粉體及其制備方法具有設備工藝簡單、成本低、能耗小等優點，能夠成功制備出納米Ni-Zn粉體，產物純度高且工藝過程易于產業化。
本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。