[发明专利]一种核壳型金属石墨复合粉末材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料和增材制造、粉末冶金技术领域，特别是涉及一种核壳型金属石墨复合粉末材料及制备方法和应用。

背景技术

石墨是一种重要的不可再生资源，广泛应用于冶金、化工、机械、电子、航空航天、国防军工等领域。我国是石墨资源大国，已探明的储量是世界储量的72％。然而我国石墨产业缺少精深加工。对石墨进行精深加工，实现石墨产品性能的提升，使其成为高附加值产品，是做大做强石墨产业的有效途径。

金属石墨复合粉末材料是一种逐步商业化的石墨高效增值方式，同时其制备方法一般要求具有工艺成熟、经济性好、包覆完整、包覆量准确可控以及生产规模灵活等特点。但目前国内金属石墨复合材料常采用简单的机械混合法或者化学镀法，其性能或者生产效率难以充分满足高端产品的使用要求。

金属石墨是用于制备金属陶瓷复合材料的常用材料之一，用金属粉末和石墨粉末直接机械混合，存在混合不均匀的缺点，采用核壳型粉末为原料，可以最大限度地均匀陶瓷相和金属相，以少量的金属就可以使金属相成为网络的显微结构，充分发挥陶瓷的优良性能。同时，用核壳型粉末制备复合材料，可以省去混料工艺，并可使第三相元素易于添加。

随着航空、航天、核能等高新技术的发展，对润滑材料的要求已超越了润滑油或脂的使用极限，传统的软金属和其它固体润滑微粉作为减磨覆盖层，强度低、耐磨性差，已不能满足性能的综合要求。在这种情况下，固体自润滑复合材料应运而生。由于金属石墨粉末既有石墨的润滑性和可磨耗性，又有金属作为涂层自身、涂层与构件间的粘结剂，因而是热喷涂、激光熔覆等增材制造技术的常用减磨材料之一，用于制备在高负荷、高速度等苛刻条件下工作的机械构件之间的自润滑减磨涂层，以及涡轮发动机压缩机叶片与机壳之间的可磨耗封严涂层。若采用金属和石墨直接机械混合的粉末制备涂层，由于粉体和金属润湿性一般较差，易发生偏聚，涂层组织不均匀，孔隙率高，结合性能差，易产生局部掉块等问题，采用核壳结构型粉末，由于石墨颗粒表面包覆有均匀的金属层，金属与金属的润湿性好，有效的提高了颗粒之间以及颗粒与基体金属之间的结合性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种核壳型金属石墨复合粉末材料及其制备方法，以及其在粉末冶金、增材制造领域的应用。所得的核壳型金属石墨复合粉末具有技术简单、成本低廉、纯度高、包覆层的厚度和密度精确可控以及生产规模灵活等特点，具有广泛的应用前景。

本发明提出解决上述问题的技术途径，核壳型金属石墨复合粉末材料，其为金属包覆的石墨粉末，为采用以下步骤所得产物：(1)通过对石墨粉末表面进行整形、筛分、清洗、抽滤、干燥，保证金属石墨粉末的整体包覆率；(2)通过将清洗后的石墨粉末放入到活化剂的稀溶液中搅拌均匀，一定时间后过滤、洗涤、干燥，保证，保证金属包覆层厚度的均匀性和包覆完整性；(3)配置铵溶液，将经过表面处理的石墨粉末、铵溶液、金属盐、催化剂等按照一定的比例制备成悬浮液，保证反应速率；(4)然后将配制好的溶液注入到高压反应釜中，通过机械搅拌和高压釜内壁设计，使得石墨核心颗粒始终悬浮在溶液中，保证粉末的整体包覆率；(6)在一定温度和压力下与还原气氛下进行反应，直到铵溶液中的金属盐组分反应完全，所需要的金属组分全部沉积在核心颗粒表面。(7)反应结束后通过过滤将粉末与溶液分开，然后洗涤和干燥，获得所需的复合粉末。

本发明所述的金属石墨复合材料采用片状石墨或者球形石墨作为核心颗粒，核心颗粒可以是粗颗粒，也可以是细粉末，粒度区间最好在1～200μm。

本发明所述的金属石墨复合材料所用的金属包覆层元素包括金、铂、银、铜、锡、镍、钴等IB、IIB、VIII过渡镞的金属元素，包覆层厚度在1～200μm之间。

本发明所述的石墨粉末，在被分散到铵溶液前，其表面需要经过物理整形处理和活化预处理。根据包覆金属的不同，采用的活化剂包括Fe²⁺、Mn²⁺、Cr²⁺的亚磷酸氢盐、亚硫酸氢盐、亚磷酸盐、亚硝酸盐、亚硫酸盐、硫化物化合物以及联氨、甲醛。

本发明所述的金属石墨粉末，通过水热氢还原方法制取，在铵溶液中加入的催化剂为蒽醌或者类蒽醌。

本发明与现有技术相比有以下主要优点：

1、可根据用途的不同，采用本发明的制备方法获得金属包覆层厚度可控的金属石墨粉末；

2、本发明的制备方法与传统的化学镀方法相比，经济性更好，更适宜制备金属包覆层厚度较大的核壳型金属石墨复合粉末，易于应用推广；