專利名稱：鋯鎳合金粉末的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋯鎳合金粉末的制造方法，屬于有色合金粉末制造領(lǐng)域。
現(xiàn)有的鋯鎳合金粉末制造方法多使用真空電弧爐、真空感應(yīng)爐，將按化學(xué)計(jì)量要求的昂貴純金屬鋯與金屬鎳在2000℃以上熔混合金化，然后鑄錠，再將金屬錠破碎成粉末。一般要經(jīng)過多種純金屬熔混合金化工序、鑄錠工序和破碎工序。因?yàn)殇喌娜埸c(diǎn)1855±15℃，必須在高溫高真空或惰性氣氛中實(shí)現(xiàn)合金化過程，設(shè)備造價(jià)高、能耗大。合金破碎工序繁雜，易損失，不安全。
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、安全、易行、成本低的鋯鎳合金粉末的制造方法。
本發(fā)明具體的解決方案為一種鋯鎳合金粉末的制造方法，其特征在于以強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉末或氧化鋯粉末、金屬鎳粉(或其氧化物粉末)為原料，用金屬鈣粒(或氫化鈣)為還原劑的混合物料團(tuán)塊，置于高溫爐內(nèi)，在惰性氣氛中，控制溫度在950℃至1350℃之間，恒溫保持1至5小時(shí)，然后水和處理經(jīng)高溫還原擴(kuò)散后的產(chǎn)物，除去雜質(zhì)，獲得鋯鎳合金粉末。氧氯化鋯強(qiáng)熱處理的條件為氧氯化鋯在空氣中加熱溫度在300℃至1000℃之間，加熱時(shí)間控制在1至2小時(shí)之內(nèi)，所得白色疏松塊狀產(chǎn)物經(jīng)破碎研磨成100目以下的粉末。強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉或氧化鋯粉中的鋯與金屬鎳粉(或其氧化物粉末)中的鎳的比例與目的物分子式的化學(xué)計(jì)量比相同。還原劑金屬鈣粒(或氫化鈣)用量為還原強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯或氧化鋯成金屬鋯(以及還原鎳氧化物成金屬鎳)所需鈣的理論值的1.2至2.0倍。原料混合物要充分混勻后造塊或緊密堆集。水和處理是用純水或用3%以下稀鹽酸浸泡處理，溶液PH值不能小于6.4，在溶去雜質(zhì)的同時(shí)自然恢復(fù)合金粉末形態(tài)。
本發(fā)明的實(shí)施方案是將強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉或氧化鋯粉粉與金屬鎳粉(或其氧化物)充分混勻后再加入還原劑鈣粒(或氫化鈣)，混勻后緊密堆積在一起或壓制成塊，經(jīng)過加熱處理為特征的制造方法。其中鎳粉為合金粉末的母體，并直接影響著最終得到鋯鎳合金粉末的粒度，經(jīng)強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯或氧化鋯的數(shù)量決定著最終得到鋯鎳合金的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和性能。鈣粒(粉末、屑狀、片狀均可)添加量要在使鋯化物還原成金屬鋯的理論還原劑量的1.2倍以上，(若使用鎳氧化物相應(yīng)增加還原劑鈣的數(shù)量)。加熱處理溫度控制在鈣融點(diǎn)以上，鎳融點(diǎn)以下，一般控制在950～1350℃之間。溫度過低鋯化物還原困難，生成的金屬鋯與鎳之間的擴(kuò)散亦困難。溫度過高鎳粉熔融，難以得到適當(dāng)粒度的合金粉末。加熱處理時(shí)間需要根據(jù)鎳粉粒度、加熱溫度及需要形成的合金中鋯含量的多少來(lái)決定。一般加熱溫度高、鎳粉粒度小、形成合金中鋯含量少加熱時(shí)間短，反之加熱時(shí)間長(zhǎng)。通?？刂圃?到5小時(shí)之內(nèi)。另外加熱處理時(shí)物料須在惰性氣氛保護(hù)下進(jìn)行。
本發(fā)明主要以形成鋯與鎳原子比例為11或21的ZrNi或Zr2Ni合金為目標(biāo)，當(dāng)然亦可以形成其他鋯鎳合金例如Zr9Ni11等為目標(biāo)。原料強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯或氧化鋯和鎳粉(或其氧化物)按目標(biāo)配料，充分混合后加入按化學(xué)計(jì)量1.2倍以上的將鋯化物還原成金屬鋯(及將鎳氧化物還原成鎳)所需的金屬鈣粒(或氫化鈣)，再充分混合后壓球造塊(或緊密堆集)，在常壓惰性氣體保護(hù)下，在上述溫度范圍內(nèi)加熱保持，就會(huì)不斷有鋯金屬還原出來(lái)并通過擴(kuò)散與鎳形成合金。通常鋯化物粉很細(xì)，鎳粉也有一定粒度，因此需要一定的還原擴(kuò)散時(shí)間，經(jīng)過充分的熱處理后，最終全部鎳粉轉(zhuǎn)化成鋯鎳合金粉末。
熱處理終了的產(chǎn)物經(jīng)過水和處理，主要目的在于清洗還原過程中產(chǎn)生的氧化鈣等雜質(zhì)，一般可用蒸餾水或去離子水反復(fù)多次浸泡溶去其中雜質(zhì)，亦可用3%以下稀鹽酸處理，縮短浸泡時(shí)間。為加速水和過程進(jìn)行和減少合金有效成份損失，控制水和過程溶液PH值在6.4至7之間。水和過程中鋯鎳合金自動(dòng)呈粉末狀態(tài)。再將粉末清洗干燥即可得到期望的結(jié)晶狀態(tài)良好的合金粉末。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下(1)本發(fā)明原料采用強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉或氧化鋯粉，價(jià)格便宜，熱處理溫度低，還原擴(kuò)散過程在同一反應(yīng)器內(nèi)一次完成，粉化和除雜在水和過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)，工藝流程簡(jiǎn)單、安全、易行，降低了合金粉末制造成本。
(2)本發(fā)明工藝可靠，產(chǎn)物結(jié)晶結(jié)構(gòu)良好。根據(jù)不同的鋯鎳合金組成可直接或間接應(yīng)用于化工、冶金各領(lǐng)域。例如結(jié)晶態(tài)Zr2Ni、ZrNi可做高溫下的貯氫材料，也可將結(jié)晶態(tài)ZrNi粉末經(jīng)等離子體加熱后急冷轉(zhuǎn)換成非晶態(tài)ZrNi合金，做成常溫下使用的貯氫合金。還可以采用等離子熱噴涂等手段將鋯鎳合金粉噴涂在鎳基或其他金屬材料表面，提高材料物化性能。還可以做鎳基合金冶煉中鋯的添加劑等等。
下面給出本發(fā)明具體的實(shí)施例。
一種鋯鎳合金粉末的制造方法，其特征在于以強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉末或氧化鋯粉末、金屬鎳粉(或其氧化物粉末)為原料，用金屬鈣粒(或氫化鈣)為還原劑的混合物料團(tuán)塊，置于高溫爐內(nèi)，在惰性氣氛中，控制溫度在1100℃，恒溫保持3小時(shí)，然后水和處理經(jīng)高溫還原擴(kuò)散后的產(chǎn)物，除去雜質(zhì)，獲得鋯鎳合金粉末。氧氯化鋯強(qiáng)熱處理的條件為氧氯化鋯在空氣中加熱溫度在400℃，加熱時(shí)間控制在1.5小時(shí)，所得白色疏松塊狀產(chǎn)物經(jīng)破碎研磨成150目以下的粉末。強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉或氧化鋯粉中的鋯與金屬鎳粉(或其氧化物粉末)中的鎳的比例與目的物分子式的化學(xué)計(jì)量比相同。還原劑金屬鈣粒(或氫化鈣)用量為還原強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯或氧化鋯成金屬鋯(以及還原鎳氧化物成金屬鎳)所需鈣的理論值的1.5倍。原料混合物要充分混勻后造塊或緊密堆集。水和處理是用純水或用3%以下稀鹽酸浸泡處理，溶液PH值不小于6.4，在溶去雜質(zhì)的同時(shí)自然恢復(fù)合金粉末形態(tài)。
實(shí)例1將市售ZrOCl2·8H2O置于Al2O3坩堝內(nèi)一并放入400℃馬福爐內(nèi)加熱保持1小時(shí)，冷卻后研磨至-150目。按Zr2Ni化學(xué)組成將上述強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉與鎳粉充分混合，并在其中添加1.5倍按化學(xué)計(jì)量將強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯還原成金屬鋯所需的金屬鈣粒，充分混合后加壓成園柱狀，將其放入MgO坩堝，再一并置于Al2O3反應(yīng)管中，該反應(yīng)管經(jīng)真空除氧后通入干燥氬氣并保持在正壓狀態(tài)下，然后在1100℃下恒溫保持3小時(shí)。經(jīng)熱處理后的物料用5wt%NH4Cl水溶液浸泡3小時(shí)，所得合金粉進(jìn)一步在純水中浸泡一晝夜，分離干燥的合金粉末經(jīng)X光衍射分折確定主要為Zr2Ni合金，EPMA分析表明合金中鈣成份可以忽略不計(jì)。
實(shí)例2按ZrNi化學(xué)計(jì)量比例將氧化鋯粉與鎳粉充分混合并在其中添加1.5倍還原氧化鋯所需的金屬鈣粒，充分混合后加工成圓柱狀，將其放入MgO坩堝，再一并置于Al2O3反應(yīng)管中，該反應(yīng)管經(jīng)真空除氧后通入干燥氬氣并保持在正壓狀態(tài)下，然后在1200℃下恒溫保持2小時(shí)。經(jīng)過處理后的物料用5wt%NH4Cl水溶液浸泡3小時(shí)，所得合金進(jìn)一步在純水中浸泡一晝夜，分離干燥后的合金粉末經(jīng)X光衍射分析確定主要為ZrNi合金，EPMA分析表明合金中鈣成份可忽略不計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種鋯鎳合金粉末的制造方法，其特征在于以強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉末或氧化鋯粉末、金屬鎳粉(或其氧化物粉末)為原料，用金屬鈣粒(或氫化鈣)為還原劑的混合物料團(tuán)塊，置于高溫爐內(nèi)，在惰性氣氛中，控制溫度在950℃至1350℃之間，恒溫保持1至5小時(shí)，然后水和處理經(jīng)高溫還原擴(kuò)散后的產(chǎn)物，除去雜質(zhì)，獲得鋯鎳合金粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋯鎳合金粉末的制造方法，其特征在于氧氯化鋯強(qiáng)熱處理的條件為氧氯化鋯在空氣中加熱溫度在300℃至1000℃之間，加熱時(shí)間控制在1至2小時(shí)之內(nèi)，所得白色疏松塊狀產(chǎn)物經(jīng)破碎研磨成100目以下的粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鋯鎳合金粉末的制造方法，其特征在于強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉或氧化鋯粉中的鋯與金屬鎳粉(或其氧化物粉末)中的鎳的比例與目的物分子式的化學(xué)計(jì)量比相同；還原劑金屬鈣粒(或氫化鈣)用量為還原強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯或氧化鋯成金屬鋯(以及還原鎳氧化物成金屬鎳)所需鈣的理論值的1.2至2.0倍；原料混合物要充分混勻后造塊或緊密堆集。水和處理是用純水或用3%以下稀鹽酸浸泡處理，溶液pH值不能小于6.4，在溶去雜質(zhì)的同時(shí)自然恢復(fù)合金粉末形態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明是一種還原擴(kuò)散制備鋯鎳合金粉末的方法。它是以強(qiáng)熱處理過的氧氯化鋯粉末或氧化鋯粉末、金屬鎳粉(或其氧化物粉末)為原料，用金屬鈣(或氫化鈣)作還原劑，混勻造塊后置于高溫爐內(nèi)。在惰性氣氛中控制爐溫在950～1350℃之間，加熱保持1～5小時(shí)，鋯被還原出來(lái)并與金屬鎳通過擴(kuò)散形成鋯鎳間金屬化合物，再經(jīng)水合處理獲得鋯鎳合金粉末。該工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全，是制備鋯鎳合金粉末的一種新方法。
文檔編號(hào)B22F9/18GK1104136SQ9312091
公開日1995年6月28日 申請(qǐng)日期1993年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月20日
發(fā)明者李自強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所