專利名稱：一種制備Cu/Sn包覆鐵粉末的方法
技術領域：
本發明涉及一種Cu/Sn包覆鐵粉末的制備方法，具體涉及通過控制主鹽濃 度，選擇復合添加劑，調節鍍液pH值和溫度，實現在鐵粉表面依次定量包覆18 ± 2。/。Cu和2 ± 0. 3"/nSn的方法。
背景技術：
包覆粉末是一種新型的多相復合的粉末合金材料，它品種眾多、性能獨特， 已廣泛地用于國防工業、機械制造、化學工業等領域。包覆粉末在微觀上具有 多相性，包覆完整，可按不同需求突出各組分的特點；在宏觀上具有均一性， 可使產品金相結構均勻，大大減少或消除混合不均勻所造成的產品成分組織不 一、性能不穩定的弊病。另外，包覆粉末還可以改變粉末的表面特性，從而改 善粉末的工藝性能，制備性能更優異的粉末冶金材料和制品。
傳統的含油軸承原料采用混合鐵粉和青銅粉，不可避免地產生成分及金相 組織偏析,造成硬質相及性能的不均勻性，導致軸承運行噪音升高和使用壽命縮 短，因此以鐵粉為原料，研發制備Cu-Sn/Fe復合粉的技術，可以從根本上克服傳 統的機械混合粉末的缺點，有效地解決含油軸承產品的化學成分及組織偏析問 題。
目前，工業上常采用銅、錫共沉積的方法制備Cu-Sn/Fe復合粉末。共沉積 法簡化了工藝程序，其主要缺點在于對銅鹽，尤其是亞錫鹽的利用率較低，鍍 層致密性較差。本發明方法依次在鐵粉表面包覆銅層和錫層，對銅鹽及亞錫鹽 的利用率達到90°/ 以上，大大節省了成本，并可以獲得致密、連續、完整的鍍層， 該種方法目前還未見^艮道。
發明內容
本發明的目的是提供一種Cu/Sn包覆鐵粉末的方法，該法通過控制主鹽濃
度，選擇復合添加劑，調節鍍液pH值和溫度，在鐵粉表面依次定量包覆18土2。/。Cu 和2±0. 3%Sn,有制備工藝簡單、成本低的優點。
本發明的技術方案是先將經過酸洗的鐵粉與含有復合添加劑乙酸鈉、丙 稀基硫脲、聚乙二醇的硫酸銅鍍液混合，乙酸鈉、丙稀基硫脲、聚乙二醇的質 量比為30:1:10。室溫下在攪拌條件下反應，制得Cu/Fe包覆粉末。然后將制得 的Cu/Fe包覆粉末與含有添加劑的氯化亞錫鍍液混合，調節鍍液的溫度為80-90 。C和pH值為1. 2 1. 5，在攪拌條件下反應，最終獲得Cu/Sn包覆鐵粉末。
本發明的技術效果
1) 本發明將銅與錫均勻地包覆在鐵粉表面，為制備具有優良性能粉末冶金 制品提供了可能。
2) 本發明通過選擇、對比實驗，研究出了合適的置換鍍銅和錫的復合添加 劑，可以獲得致密均勻的鍍層。
3) 本發明通過改變主鹽的濃度，調節鍍液的溫度及pH值，可以實現銅和 錫定量包覆在鐵粉表面，且工藝簡單，Cu"和Sn"離子的利用率均可達到90%以 上，節約了成本。
用本發明方法Cu/Sn包覆鐵粉末進行掃描電鏡、能語分析以及波鐠分析方 法測定，掃描電鏡結果表明包覆層與內層的界面比較明顯，且比較連續完整。 能譜分析及波譜分析結果，表明復合粉末主要含有鐵、銅及錫單質，內層為鐵 顆粒，包覆層主要為銅和錫單質。
圖1是本發明的Cu/Sn包覆鐵粉末制備的工藝流程圖2是本發明的Cu/Sn包覆鐵粉末的衍射譜；
圖3是本發明的Cu/Sn包覆鐵粉末的斷面金相照片；
圖4是本發明的Cu/Sn包覆鐵粉末斷面掃描電鏡照片；
具體實施例方式
Cu/Sn包覆4失粉末的制備主要為以下過程，參見圖1:
1) 酸洗將濃度為36%的鹽酸稀釋成濃度為1%的鹽酸，加入鐵粉并攪拌3 分鐘，以除去鐵粉表面的氧化物及油污，洗凈待用。
2) Cu/Fe包覆粉末的制備將硫酸銅溶解于水中，并在溶液中加入添加劑 乙酸鈉、丙稀基硫脲、聚乙二醇，溫度保持在室溫，pH-2左右，得到鍍液1。 然后將鍍液1與預處理過的鐵粉混合，在攪拌條件下進行反應2~5分鐘；反應 結束，將復合粉末與廢液分離，用水進行多次清洗，制得Cu/Fe核-殼式包覆粉 末。
3) Cu/Sn包覆鐵粉末的制備先將檸檬酸溶于適量水中，待完全溶解后加 入SnCl2 . 2H20，攪拌使之充分溶解(注意不能將SnCl2 . 21120直接溶于水中， 否則Sn"離子會水解生成大量白色沉淀)，并在溶液中在入分散劑聚乙二醇。 調節鍍液的pH值為1.2-1.5,溫度為80 9(TC,得到鍍液2。然后將鍍液2與已 制得的Cu/Fe包覆粉末混合，在攪拌條件下進行反應2 5分鐘。待反應結束后， 將復合粉末與廢液分離，用水進行多次清洗，最后在80 100。C進^f亍真空干燥， 即得Cu/Sn包覆鐵粉末。
實施例1
稱量15g硫酸銅溶解于少量水中，形成硫酸銅溶液，在所述溶液中加入復 合添加劑1.5g乙酸鈉，0. 05g丙稀基硫脲，0. 5g聚乙二醇，充分混勻后，調 節溶液的pH為2左右，并補充水至100ml，得到藍色鍍液1。將鍍液1保持在 室溫，并與預處理過的20g鐵粉混合，打開攪拌器在400r/min的條件下進行置 換反應Fe+Cu2+ —Cu+Fe2+。待鍍液的藍色逐漸消失，鐵粉由灰白色變為棕紅色 時，反應結束，洗凈，即得Cu/Fe核-殼式包覆粉末。
稱量3g檸檬酸溶解于少量水中，形成檸檬酸溶液；稱量0. 5g氯化亞錫在邊 加邊攪拌的條件下溶解在上述溶液中，并加入O. 5g聚乙二醇；充分混勻后調節 鍍液的pH-1.2,并補充水至100ml，得到鍍液2。將鍍液2的溫度調節為80°C, 并與已制得的10g Cu/Fe包覆粉末混合，打開攪拌器在400r/min的條件下進行 置換反應Fe+Sn2+ —Sn+Fe2+,待Cu/Fe包覆粉末由棕紅色逐漸完全變為銀白色
時，反應結束，洗凈，干燥，獲得Cu/Sn包覆鐵粉末。
經檢測，Cu/Sn包覆鐵粉末中銅和錫的百分含量分別為17.4%, 1.78%。鍍 液中Sn"離子的轉化率為70%。
實施例2
稱量15g硫酸銅溶解于少量水中，形成硫酸銅溶液，在所述溶液中加入復 合添加劑1. 5g乙酸鈉；0. 05g丙稀基辟b脲，0. 5g聚乙二醇，充分混勻后，調 節溶液的pH為2左右，并補充水至100ml，得到藍色鍍液l。將鍍液l保持在 室溫，并與預處理過的20g4失粉混合，打開攪拌器在400r/oiin的條件下進行置 換反應Fe+Cu2+ —Cu+Fe2+。待鍍液的藍色逐漸消失，鐵粉由灰白色變為棕紅色 時，反應結束，洗凈，即得Cu/Fe核-殼式包覆粉末。
稱量3g杵檬酸溶解于少量水中，形成檸檬酸溶液；稱量0. 5g氯化亞錫在邊 加邊攪拌的條件下溶解在上述溶液中，并加入O. 5g聚乙二醇；充分混勻后調節 鍍液的pH-1.2，并補充水至100ml，得到鍍液2。將鍍液2的溫度調節為S5。C， 并與已制得的10g Cu/Fe包覆粉末混合，打開攪拌器在400r/min的條件下進行 置換反應Fe+Sn2+ —Sn+Fe2+，待Cu/Fe包覆粉末由棕紅色逐漸完全變為銀白色 時，反應結束，洗凈，干燥，獲得Cu/Sn包覆鐵粉末。
經檢測，Cu/Sn包覆鐵粉末中銅和錫的百分含量分別為17.7%, 2.3%。鍍 液中Sn"離子的轉化率為90°/。。
實施例3
稱量15g硫酸銅溶解于少量水中，形成硫酸銅溶液，在所述溶液中加入復 合添加劑1. 5g乙酸鈉，0. 05g丙稀基硫脲，0. 5g聚乙二醇，充分混勻后，調 節溶液的pH為2左右，并補充水至100ml，得到藍色鍍液l。將鍍液l保持在 室溫，并與預處理過的20g鐵粉混合，打開攪拌器在400r/min的條件下進行置 換反應Fe+Cu2+ —Cu+Fe2+。待鍍液的藍色逐漸消失，鐵粉由灰白色變為棕紅色 時，反應結束，洗凈，即得Cu/Fe核-殼式包覆粉末。
稱量3g檸檬酸溶解于少量水中，形成檸檬酸溶液；稱量0. 5g氯化亞錫在邊 加邊攪拌的條件下溶解在上述溶液中，并加入O. 5g聚乙二醇；充分混勻后調節
鍍液的pH-1.2，并補充水至100ml，得到鍍液2。將鍍液2的溫度調節為90°C， 并與已制得的10g Cu/Fe包覆粉末混合，打開攪拌器在400r Anin的條件下進行 置換反應Fe+Sn2+—Sn+Fe2+，待Cu/Fe包覆粉末由棕紅色逐漸完全變為銀白色 時，反應結束，洗凈，干燥，獲得Cu/Sn包覆鐵粉末。
經檢測，Cu/Sn包覆鐵粉末中銅和錫的百分含量分別為18.2%， 2.4%。鍍 液中Sn"離子的轉化率為93°/。。
實施例4
稱量15g硫酸銅溶解于少量水中，形成硫酸銅溶液，在所述溶液中加入復 合添加劑1.5g乙酸鈉，0. 05g丙稀基^E克脲，0. 5g聚乙二醇，充分混勻后，調 節溶液的pH為2左右，并補充水至100ml,得到藍色鍍液1。將鍍液1保持在 室溫，并與預處理過的20g鐵粉混合，打開攪拌器在400r/min的條件下進行置 換反應Fe+Cu2+ —Cu+Fe2+。待鍍液的藍色逐漸消失，鐵粉由灰白色變為棕紅色 時，反應結束，洗凈，即得Cu/Fe核-殼式包覆粉末。
稱量3g檸檬酸溶解于少量水中，形成檸檬酸溶液；稱量0. 5g氯化亞錫在邊 加邊攪拌的條件下溶解在上述溶液中，并加入O. 5g聚乙二醇；充分混勻后調節 鍍液的pH-1.5，并補充水至100ml，得到鍍液2。將鍍液2的溫度調節為9(TC， 并與已制得的10g Cu/Fe包覆粉末混合，打開攪拌器在400r/fflin的條件下進行 置換反應Fe+Sn2+ —Sn+Fe2+,待Cu/Fe包覆粉末由棕紅色逐漸完全變為銀白色 時，反應結束，洗凈，干燥，獲得Cu/Sn包覆鐵粉末。
經檢測，Cu/Sn包覆鐵粉末中銅和錫的百分含量分別為17.6%, 2.2%。鍍 液中Sn"離子的轉化率為88%。
結論
上述實施例表明，采用本發明提供的技術，制備出的Cu/Sn包覆鐵粉末中 銅和錫的百分含量分別18±2%和2±0. 3%,達到了工業要求。同時鍍液中銅鹽 及錫鹽的轉化率達到90%以上，節約了成本。
實施例用金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)及X射線衍射(XRD)等方法測定， 所得包覆層均勻致密，含有單質銅和錫。
參見圖2，掃描電鏡觀察，結果鍍層具有一定厚度，且比較致密和完整。
參見圖3、圖4，金相顯微鏡觀察，結果復合粉末的內層為鐵顆粒，外層 為銅錫包覆層，且包覆層較為連續、完整。
參見圖5, X射線衍射(XRD)分析結果復合粉末主要有單質鐵、單質銅以 及單質錫的物相。
權利要求
1.一種制備Cu/Sn包覆鐵粉末的方法，其特征在于有以下幾個步驟(1)將鐵粉在稀鹽酸中攪拌下酸洗，以除去鐵粉表面的油污和雜質；(2)Cu/Fe包覆粉末的制備將計算量的硫酸銅溶解于水中，配制為0.4～0.6mol/L的硫酸銅溶液，所述溶液中加入添加劑，室溫下，調節溶液的pH＝2～3左右，即得鍍液1；將鍍液1與步驟(1)所得的鐵粉混合，攪拌，鐵粉表面發生置換反應Fe+Cu2+→Cu+Fe2+；待鍍液的藍色逐漸消失，鐵粉由灰白色變為棕紅色時，反應結束，將粉末與溶液分離，所得粉末用水清洗，制得Cu/Fe包覆粉末(3)Cu/Sn包覆鐵粉末的制備酸性溶液中攪拌下加入SnCl2·2H2O，使氯化亞溶液濃度為2.5g/L～10g/L，在氯化亞溶液中加入聚乙二醇，調整溶液的pH值為1.2～1.5，溫度為80～90℃，得到鍍液2，將鍍液2與步驟(2)所得的Cu/Fe包覆粉末混合，攪拌，并在包覆粉末表面發生置換反應Fe+Sn2+→Sn+Fe2+，待Cu/Fe包覆粉末由棕紅色逐漸完全變為銀白色時，反應結束，分離復合粉末與溶液，用水清洗，在80～100℃進行真空干燥，即得Cu/Sn包覆鐵粉末。
2. 根據權利要求1所述的制備Cu/Sn包覆鐵粉末的方法，其特征在于步 驟(2)中添加劑為乙酸鈉、丙稀基硫脲、聚乙二醇。
3. 根據權利要求2所述的制備Cu/Sn包覆鐵粉末的方法，其特征在于乙 酸鈉、丙稀基硫脲、聚乙二醇的質量比為30: 1: 10。
全文摘要
本發明涉及一種制備Cu/Sn包覆鐵粉末的方法，有以下步驟(1)將鐵粉在鹽酸中進行酸洗，以除去鐵粉表面的油污和雜質；(2)將預處理后的鐵粉在含有復合添加劑的硫酸銅溶液中進行施鍍，獲得Cu/Fe包覆粉末；(3)將Cu/Fe包覆粉末在含有添加劑的氯化亞錫溶液中進行施鍍，獲得Cu/Sn包覆鐵粉末。本發明通過控制主鹽濃度，添加適當復合添加劑，改變鍍液的溫度和pH值，以調控復合粉末中Cu、Sn及Fe的相對含量，實現在鐵粉定量包覆18±2％Cu和2±0.3％Sn的致密鍍層，以滿足生產粉末冶金制品的需求。
文檔編號B22F1/02GK101362201SQ20081023281
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月28日 優先權日2008年9月28日
發明者吳世學, 梁騰平, 勇 王, 高家誠 申請人:重慶大學