[发明专利]一种金属及合金粉末的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属及其合金粉末的制备方法，尤其涉及难熔金属及其合金粉末的制备方法。

背景技术

金属及合金在国民经济中具有重要地位，广泛应用于化工、冶金、船舶、汽车、航空航天工业、国防技术等领域。特别是以钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钨、钼为代表的难熔金属及其合金，在国民经济中占有重要地位，尤其在尖端领域有着不可或缺的重要地位。目前，工业纯金属的制备方法主要有碳热还原法、金属热还原法、电热法和电解法等。制备合金主要有高温对掺共熔和粉末冶金等方法，前者通常将两种金属熔融后混合均匀，然后冷凝制备合金，这是最常用的制备合金的方法。粉末冶金的优点在于通过对粉末的处理，可在成分、粒度的均匀性和晶粒细化上达到较高的水平，缺点是要使用成本很高的纯金属粉末为原料。由于化石能源逐渐枯竭和二氧化碳排放对全球气候的影响等问题日趋严重，许多工业纯金属和合金的生产工艺被普遍认为需要改进，特别突出的问题是过程复杂、工艺流程长、能源消耗大、污染环境等，诸如此类问题还导致一些性能优良的金属、合金的价格居高不下，限制了其在各个领域的应用。

熔盐电解固态金属氧化物是制备金属和合金的一种新方法，其突出的优点是可以由两种或几种金属氧化物的混合物直接制备合金。从原理上说，只要将几种氧化物原料混合均匀后压制成型作为阴极，在阴、阳极间施加一定的电压，使阴极发生氧离子化反应，氧离子经由熔盐扩散至阳极被氧化，在阴极还原得到的金属相互结合形成合金，即可由混合氧化物经一步电解直接得到所需的合金粉末，所得到的合金粉末既可熔炼，也可直接用于粉末冶金。但是由于电解过程工作温度高，而导致随着电解过程而不断生成的金属或者合金烧结严重，颗粒增大，导致产品成为致密的金属块，很难得到金属或者合金粉末。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种金属及合金粉末的制备方法，该方法颗粒尺寸可控，从而实现金属及合金粉末的直接制备。

本发明的技术方案是：将氧化物或者几种氧化物的混合物粉末或压片与金属集流体复合作为阴极，以石墨为阳极，以添加了过量对应碱土金属氧化物或碱金属氧化物的熔融碱土金属卤化物或碱金属卤化物或二者混合物为电解质，在保护性气氛中，电解温度400~900℃，电解电压1.4~3.2V，电解1~5小时，冷却至常温后取出，然后在蒸馏水、稀酸或有机溶剂中洗涤，真空干燥后得到金属或者合金粉末。

所述碱土金属卤化物为Mg、Ca、Sr或Ba卤化物的一种或数种组成的混合物。

所述碱金属卤化物为Li、Na、K、Rb或Cs卤化物的一种或数种组成的混合物。

所述卤化物为Cl或F的一种或者两者混合物。

所述金属集流体为熔点高于反应温度的丝状、网状、片状或泡沫状的钛、不锈钢、钼、钨或镍。

所述氧化物为Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、V、Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Cr、W、Al、Si、Ga、Mn或镧系氧化物中的一种或者多种。

所述压片是将氧化物粉末在压力2~20MPa下压制，在温度600~900℃下烧结而成。

本发明的原理是：将上述氧化物或者氧化物的混合物，在熔融电解液中进行电化学还原，氧化物还原脱除的氧与碱金属或者碱土金属离子结合形成对应的氧化物。由于电解质中本就存在过量的相应碱金属或碱土金属氧化物，新形成的碱金属或碱土金属氧化物无法溶解于电解质中，从而在阴极氧化物颗粒现场沉淀析出，在阴极还原产物颗粒之间形成物理隔断防止氧化物还原所得金属颗粒之间的团聚烧结长大。因此，由氧化物成功制备金属及合金的同时，实现产品颗粒尺寸的控制。

附图说明

图1为本发明实施例1的Ta粉XRD图谱。

图2为本发明实施例1的Ta粉TEM图谱。

图3为本发明实施例9的LaNi₅粉XRD图谱。

图4为本发明实施例9的LaNi₅粉SEM图谱。

具体实施方法

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。这些描述只是为了更好地说明本发明，而不是对本发明的限制。

实施例1