[发明专利]纳米碳黑和纳米稀土协同增强的金属基微纳粉及其制备方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种金属基微纳粉及其制备方法，尤其是一种激光再制造用金属基微纳粉及其制备方法，具体地说是一种纳米碳黑和纳米稀土协同增强的金属基微纳粉及其制备方法。

背景技术

2010年5月13日，国家发改委、科技部、工信部等11部委联合发文部署推进再制造产业的发展，将发展再制造工程提升为实现我国可持续发展战略的一项基本国策。作为在我国率先倡导、积极推动再制造工程的中国工程院院士徐滨士教授在其《再制造工程基础及其应用》一书中明确指出：再制造工程发展的核心在于再制造关键技术的发展，而再制造关键技术发展的重心则在于面向高成品附加值对象的再制造关键技术理论和方法的突破。以“严（性能严）、精（精度高）、薄（结构薄）”为特征的薄壁件，就是一类具有极高成品附加值的再制造对象。

相对于其他再制造技术而言，激光再制造技术具有众多优点如再制造界面为冶金结合、组织细小、成分可控、热影响较小等，再加上激光加工的高柔性、高效率、低污染及易于实现计算机控制等光加工特点，使之成为一项备受关注的薄壁件再制造关键技术之一。然而，现有激光再制造用粉多采用微米金属粉，熔烧微米金属粉需要较大的激光能量，造成对基体尤其是再制造对象为薄壁件时的热输入偏大，进而导致薄壁件变形较大、再制造区组织恶化、性能下降等，甚至失去再制造的价值。可见，提高激光再制造用粉对激光的吸收率，是实现解决上述问题的一个重要途径。

碳黑，通常为20nm左右的黑色纳米粉体，具有优异的光谱吸收性能，被广泛地应用于着色材料、太阳能吸收涂层等。同时，纳米稀土粉体具有特有的稀土活性效应，在改善颗粒与基体材料间的润湿性、净化熔池等方面具有突出的优势。若能将纳米碳黑粉和纳米稀土粉同时引入微米金属粉中构建微纳粉，综合两种纳米粉所具有的特性，将不仅会有效改善纳米碳黑颗粒与基体合金间的润湿性，进而使得纳米碳黑粉的添加量可进一步加大，从而进一步提高粉体对激光的吸收率；而且，还可望进一步通过充分发挥稀土活性效应实现改善再制造薄壁件的组织和性能。

然而，到目前为止，尚未有一种纳米碳黑和纳米稀土协同增强的金属基微纳粉及其制备方法可供使用，极大地限制了激光再制造技术在再制造高成品附加值薄壁件方面的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有激光再制造用粉对激光的吸收率不高、进而导致激光再制造技术在薄壁件再制造过程中存在热输入偏大等诸多局限性的问题，发明一种纳米碳黑和纳米稀土协同增强的金属基微纳粉及其制备方法，为激光再制造技术在薄壁件再制造中的广泛应用提供材料基础。

本发明的技术方案之一是：

一种纳米碳黑和纳米稀土协同增强的金属基微纳粉，其特征是：它由质量百分比为0.5~3%纳米碳黑粉、2~4%纳米稀土粉和93~97.5%微米金属粉组成，各种组分之和为100%；纳米碳黑粉和纳米稀土粉以镶嵌、粘附或化学键结合中的一种或几种包覆于微米金属粉表面，形成一种以微米金属粉为核、纳米碳黑粉和纳米稀土粉为壳的核壳结构微纳粉。

所述纳米碳黑粉按照ASTMD-3849或GB/T 7046-2003标准检测的着色强度不低于120%，其平均粒径为14~22nm。

所述纳米稀土粉为氧化铈、氧化镧或氧化钇，其平均粒径为10~30nm。

所述的微米金属粉的平均粒径为50~75μm,微米金属粉为激光融覆中使用的铝基、镍基、铁基或钛基金属粉。

本发明的技术方案之二是：

一种纳米碳黑和纳米稀土协同增强的金属基微纳粉的制备方法，其特征是它包括如下步骤：

步骤1，将市购纳米碳黑粉和纳米稀土粉分别分散在乙醇或乙醇与水的混合溶液中，制成分散稳定的单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米稀土悬浮液；

步骤2，按照所需配比称量单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米稀土悬浮液，将两者置于同一容器进行球磨混合处理，获得混合均匀的碳黑稀土双相纳米悬浮液；

步骤3，将市购微米金属原粉进行球形化预处理，获得预处理后的微米金属粉；

步骤4，按照所需配比称量预处理后的微米金属粉，加入步骤2中已混合均匀的碳黑稀土双相纳米悬浮液后进行球磨复合，获得碳黑稀土双相纳米和微米金属复合的微纳粉浆料；

最后，将微纳粉浆料置于干燥箱中干燥，即可获得纳米碳黑和纳米稀土协同增强的金属基微纳粉。

所述单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米稀土悬浮液采用相同的液体介质，即两者均为无水乙醇或均为相同体积分数的乙醇和水的混合溶液。