一種水霧化制備鋁粉及鋁合金粉的方法
【專利摘要】一種水霧化制備鋁粉及鋁合金的方法，其步驟為：用導流坩堝熔化鋁錠或鋁合金，使熔體的溫度保持在700-1100℃，并保溫30-60min。同時加熱導流坩堝。將熔融的鋁合金液倒入導流坩堝中，使其沿導流坩堝底部的導流管連續流出。打開高壓水泵，控制高壓水流的壓力為2-16MPa，水溫為10-40℃之間，使添加有抑制劑的pH為4.0-5.0的高壓水流沿霧化室頂部的噴嘴噴出，霧化鋁液并得鋁及鋁合金粉末。本發明能用水霧化安全生產鋁粉。比氣霧化制備鋁粉的粒度更細，比表面積大，活性高，并且水霧化冷卻速度更快，大大提高合金元素的過飽和固溶度，生產出鑄造法難以制備的鋁合金。并且，水霧化制備鋁粉的成本比氣霧化低，適合于規模化生產。
【專利說明】一種水霧化制備鋁粉及鋁合金粉的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及粉末冶金領域，涉及采用水霧化制備鋁粉及鋁合金粉的方法。
【背景技術】
[0002]鋁粉是一種重要的工業原料，廣泛應用于金屬閃光涂料、固體火箭推進器、導電涂料以及粉末冶金行業等。目前國內外廠家生產鋁粉時，均是采用氣霧化的方式生產，所用的氣體一般是氮氣、氬氣等惰性氣體進行霧化。采用氣霧化制備鋁粉的主要缺點有:一，冷卻速度較低，一般氣霧化的冷卻速度為102-103K/s ;二，氣霧化難以制備超細粉末，采用氣霧化制備的鋁粉的粒度一般較粗，難以制備5μπι以下的超細鋁粉；三，氣霧化的成本相對較聞。
[0003]采用水霧化技術可以制備出超細金屬粉末，并且成本較低，目前主要用于制備鐵粉等活性較低的粉末。水霧化技術沒有應用于鋁粉以及鋁合金粉的制備，其主要原因有:一，鋁粉的活性較高，易于水發生反應產生氫氣，容易產生爆炸的危險；二，水霧化過程中，鋁粉與水的反應難以控制，會使鋁粉產生劇烈氧化，影響制備出的鋁粉的活性。本發明采用水霧化制備超細鋁粉以及鋁合金粉，通過添加抑制劑控制鋁粉與水的反應，以減少氫氣的產生，提高鋁粉的活性，實現水霧化鋁粉的工業化生產。其優勢在于:一，冷卻速度高，其冷卻速度可以達到2X 104-2X 106K/s ;二，制取的鋁粉粒度細，活性高；三，相對于氣霧化，其成本更低。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種水霧化制備鋁粉以及鋁合金粉的方法，以填補國內水霧化鋁粉技術的空白，實現水霧化鋁粉及鋁合金粉的工業化生產。
[0005]本發明的主要方案如下:
[0006]I)按照所需鋁粉或者鋁合金粉的成分要求，將純鋁錠以及其他所需合金按照一定比例加入到熔化坩堝內，并使得熔化后的體積不得超過坩堝容積的三分之二。
[0007]2)開啟加熱系統加熱熔化鋁錠，使熔體的溫度保持在700-1100°C，并保溫30-60min。同時加熱導流坩堝。
[0008]3)將熔融的鋁液倒入導流坩堝中，使其沿導流坩堝底部的導流管連續流出。
[0009]4)打開高壓水泵，使添加有抑制劑的高壓水流沿霧化室頂部的噴嘴噴出，霧化鋁液并得到鋁粉。
[0010]5)對得到的鋁粉進行離心干燥和真空干燥，將干燥后的鋁粉收集并篩分即可。
[0011]其中，步驟I中，所熔煉的鋁可以為純鋁，也可以添加其他合金元素比如Cu、Mg、S1、Zn、Fe、Co、N1、T1、V等中的一種或者幾種，形成各種不同成分的鋁合金。
[0012]步驟4中，高壓水流的壓力為2_16MPa。
[0013]步驟4中，所添加的抑制劑為醋酸或者草酸，以控制其pH為4.0-5.0。
[0014]步驟4中，控制水溫在10_40°C之間。
[0015]本發明的優點在于:一，添加抑制劑，使得霧化介質的pH為4.0，降低鋁和水的反應，減少氫氣的產生，保證生產安全；同時在pH為4.0時，鋁粉表面迅速生成一層致密的氧化物薄膜，阻止鋁粉的繼續氧化，提高鋁粉的活性。二，水霧化冷卻速度更快，制備出的粉末的比表面積更大；同時更快的冷卻速度可以大大提高合金元素的過飽和固溶度，生產出鑄造法難以制備的鋁合金。三，水霧化生產的鋁粉粉末粒度更加細小。四，水霧化制備鋁粉的成本要遠遠低于氣霧化。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:水霧化制備超細純鋁粉
[0017]I)將高純鋁錠加入到導流坩堝內，并使得熔化后的體積不得超過坩堝容積的三分之二。
[0018]2)開啟加熱系統加熱熔化鋁錠，使熔體的溫度保持在800°C，并保溫30min。同時加熱導流坩堝。
[0019]3)將熔融的純鋁液倒入導流坩堝中，使其沿導流坩堝底部的導流管連續流出。
[0020]4)打開高壓水泵，控制高壓水流的壓力為5MPa，使添加有抑制劑的pH為4.0的高壓水流沿霧化室頂部的噴嘴噴出，霧化鋁液并得到超細純鋁粉。
[0021]5)對得到的純鋁粉進行離心干燥和真空干燥，將干燥后的純鋁粉收集并篩分即可。
[0022]實施例2:水霧化制備2024鋁合金粉
[0023]I)將純鋁錠加入到導流坩堝內，并按照Cu和Mg的質量分數分別為4.8 %和1.8 %的比例添加銅和鎂，并使得熔化后的體積不得超過坩堝容積的三分之二。
[0024]2)開啟加熱系統加熱熔化鋁錠，使熔體的溫度保持在900°C，并保溫40min。同時加熱導流坩堝。
[0025]3)將熔融的鋁合金液倒入導流坩堝中，使其沿導流坩堝底部的導流管連續流出。
[0026]4)打開高壓水泵，控制高壓水流的壓力為lOMPa，使添加有抑制劑的pH為4.5的高壓水流沿霧化室頂部的噴嘴噴出，霧化鋁合金液并得到2024鋁合金粉末。
[0027]5)對得到的2024鋁合金粉進行離心干燥和真空干燥，將干燥后的鋁合金粉收集并篩分即可。
[0028]實施例3:水霧化制備耐熱鋁合金粉
[0029]I)將純鋁錠加入到導流坩堝內，并按照Cu和Mg的質量分數分別為4.8 %和1.8 %的比例添加銅和鎂，并使得熔化后的體積不得超過坩堝容積的三分之二。
[0030]2)開啟加熱系統加熱熔化鋁錠，使熔體的溫度保持在1100°C，并保溫60min。同時加熱導流坩堝。
[0031]3)將熔融的鋁合金液倒入導流坩堝中，使其沿導流坩堝底部的導流管連續流出。
[0032]4)打開高壓水泵，控制高壓水流的壓力為16MPa，使添加有抑制劑的pH為5.0的高壓水流沿霧化室頂部的噴嘴噴出，霧化鋁合金液并得到2024鋁合金粉末。
[0033]5)對得到的2024鋁合金粉進行離心干燥和真空干燥，將干燥后的鋁合金粉收集并篩分即可。
【權利要求】
1.一種水霧化制備鋁粉及鋁合金粉的方法，其特征在于工藝步驟如下: 1)按照所需鋁粉或者鋁合金粉的成分要求，將純鋁錠以及其他所需合金按照一定比例加入到導流坩堝內，并使得熔化后的體積不得超過導流坩堝容積的三分之二 ； 2)開啟加熱系統加熱熔化鋁錠，使熔體的溫度保持在700-1100°C，并保溫30-60min，同時加熱導流坩堝； 3)將熔融的鋁液倒入導流坩堝中，使其沿導流坩堝底部的導流管連續流出； 4)打開高壓水泵，使添加有抑制劑的高壓水流沿霧化室頂部的噴嘴噴出，霧化鋁液并得到鋁粉； 5)對得到的鋁粉進行離心干燥和真空干燥，將干燥后的鋁粉收集并篩分即可。
2.根據權利要求1所述的水霧化制備鋁粉及鋁合金粉的方法，其特征在于所熔煉的鋁為純鋁，或添加其他合金元素，包括Cu、Mg、S1、Zn、Fe、Co、N1、T1、V中的一種或者幾種，形成各種不同成分的鋁合金。
3.根據權利要求1所述的水霧化制備鋁粉及鋁合金粉的方法，其特征在于霧化時所用高壓水流的壓力為2-16MPa。
4.根據權利要求1所述的水霧化制備鋁粉及鋁合金粉的方法，其特征在于霧化時水中所添加的抑制劑為醋酸或者草酸，以控制其PH為4.0-5.0。
5.根據權利要求1所述的水霧化制備鋁粉及鋁合金粉的方法，其特征在于控制霧化水溫在10-40°C之間。
【文檔編號】B22F9/08GK104227007SQ201410474730
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】郭志猛, 曹慧欽, 羅驥, 楊薇薇, 葉安平 申請人:北京科技大學