一種超細鋅合金粉末及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于有色金屬合金粉末材料技術領域，具體是涉及一種超細鋅合金粉末及其制備方法，主要用于作為涂料的添加劑使用。
【背景技術】
[0002]鋅粉是一種重要的工業原料，市場需求量很大，廣泛應用于冶金、化工、建筑、交通、醫藥、電子等領域，鋅粉的生產方法有霧化法和蒸發冷凝法。霧化法制備鋅粉，如氣流噴射霧化，水力噴射霧化，產品回收率低，動力消耗大，還存在顆粒不均勻等問題。目前國內工業化生產鋅粉的方法多以蒸發冷凝法為主，以煤、煤氣或電作為能源，鋅錠通過熔鋅爐加熱熔化直至蒸發再經冷凝制取鋅粉。
[0003]隨著科學技術的發展，超細材料由于其優異的綜合性能越來越多地引起了人們的關注和研宄，超細鋅粉就是其中之一。超細鋅粉是指粒度在10nm以下的鋅粉，由于其獨特的物理化學性質，在化工生產、潤滑添加劑、涂料、高性能電極材料等領域具有廣闊的應用前景，超細鋅粉已經成為世界各國科學工作者研宄的熱點之一。超細鋅粉的全國需求量目前大于10萬噸/年，且逐年遞增，價格是普通鋅粉價格3?4倍。目前，超細鋅粉用的最多的行業還是涂料和防腐，可制作富鋅涂料或直接鍍于防腐層上。鋅粉粒徑越細小，表面活性越大，有利于鍍層的形成。
[0004]國內外鋅粉的制備方法主要有蒸餾法、霧化法、高能球磨法、電解法和真空蒸發冷凝法。其中霧化法制備的鋅粉粒徑在10 μ m以上，因而不能制備超細鋅粉。蒸餾法的生產效率高，但制得的超細鋅粉活性較低。高能球磨法制得的超細鋅粉為鱗片狀，但易污染。中國專利CN1450182A和CN1482263A中提出的工藝推動了堿法電解鋅粉工藝的大規模生產，但是此流程生產出的鋅粉粒徑偏大，且粗細不均勻，制備超細鋅粉需用球磨機磨碎，能耗高，工藝復雜。中國201210034534.7，通過添加含鉛化合物較好地細化了鋅粉，但也存在微量鉛析出的問題。
[0005]但是，目前將純鋅粉用作涂料的添加劑存在的技術問題是純鋅粉的耐腐蝕性能已經不能滿足涂料的發展要求，所以人們開始逐漸地嘗試將鋅合金粉替代純鋅粉作為耐腐蝕涂料添加劑使用。目前常用的鋅合金粉通常會使用汞和鉛等有毒有害合金元素，使用這些元素的鋅合金粉末添加到涂料中會造成環境污染和生態破壞，不能夠滿足目前綠色環保的要求。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種超細鋅合金粉末及其制備方法，本發明制備的超細鋅合金粉末能夠代替傳統的純鋅粉末作為涂料耐腐蝕添加劑使用，并且鋅合金成分中不含鎘、汞和鉛等有毒有害元素，不會造成環境污染和生態破壞，綠色環保。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種超細鋅合金粉末及其制備方法，能夠替代傳統的純鋅粉末作為涂料耐腐蝕添加劑使用，并且鋅合金成分中不含鎘、汞和鉛等有毒有害元素，不會造成環境污染和生態破壞，綠色環保。本發明通過合金成分和含量的優選，使得制備得到的超細鋅合金粉末中的合金以枝狀方式生長，晶粒細化，降低合金的晶界能，增強其合金化性能，并且可以顯著地提高鋅合金粉末的耐腐蝕和抗氧化性能。
[0008]本發明的技術方案如下:
[0009]本發明一方面提供了一種超細鋅合金粉末，所述的超細鋅合金粉末的粒徑范圍為I?10nm ;其特征在于，所述的鋅合金的質量組成如下:
[0010]鎮:0.60wt%? 0.80wt% ;鋪:0.10wt%? 0.15wt% ;鈷:0.05wt%? 0.15wt% ；鑭:0.25wt%?0.35wt% ;鈰:0.15wt%?0.25wt% ;釓:0.05wt%?0.15wt% ;銦:100 ?300ppm ;秘:100 ?300ppm ;銷:100 ?150ppm ;媽:100 ?200ppm ;余量為鋅。
[0011]在一個優選的技術方案中，所述的鋅合金的質量組成如下:
[0012]鎳:0.80wt % ；銻:0.15wt % ；鈷:0.05wt % ；鑭:0.25wt % ;鈰:0.25wt % ;釓:0.15wt% ;銦:10ppm ;秘:10ppm ;銷:150ppm ;媽:200ppm ;余量為鋅。
[0013]在一個優選的技術方案中，所述的鋅合金的質量組成如下:
[0014]鎮:0.60wt % ；鋪:0.1Owt % ；鈷:0.15wt % ；鑭:0.35wt % ;鐘:0.15wt % ;禮:0.05wt% ;銦:300ppm ;秘:300ppm ;銷:10ppm ;媽:10ppm ;余量為鋅。
[0015]在一個優選的技術方案中，所述的鋅合金的質量組成如下:
[0016]鎮:0.70wt % ；鋪:0.12wt % ；鈷:0.1Owt % ；鑭:0.30wt % ;鐘:0.20wt % ;禮:0.1Owt% ;銦:200ppm ;秘:200ppm ;銷:125ppm ;媽:150ppm ;余量為鋅。
[0017]在一個優選的技術方案中，所述的超細鋅合金粉末的粒徑范圍如下:lnm<粒徑(20nm的鋅合金粉末占總的鋅合金粉末的20wt%? 30wt%，80nm彡粒徑> 20nm的鋅合金粉末占總的鋅合金粉末的40wt%? 60wt%，余下為10nm彡粒徑> 80nm的鋅合金粉末。
[0018]本發明另一方面提供了一種超細鋅合金粉末的制備方法，其特征在于，具體步驟如下:
[0019]步驟1、制備納米鋅粉:首先將納米氧化鋅粉末置于還原爐中，密封后以80?I OOml /min通入由甲醇催化裂解產生的CO和H2，然后升溫至410 °C?450 °C反應50?60min，冷卻后得到高純納米鋅粉；
[0020]步驟2、熔融:按照所述的鋅合金的質量組成將步驟I制備的高純納米鋅粉以及其它分析純的金屬原料置于坩禍式熔化爐內，在660°C?680°C的溫度下熔化并去除表面氧化渣；
[0021]步驟3、蒸餾:將上述所得的鋅合金液體加入到感應式電加熱坩禍蒸餾爐內，在940°C?960°C的溫度下進行蒸餾；
[0022]步驟4、回流:將上述蒸餾產生的鋅合金蒸汽導入到回流管中，回流段溫度為920°C?940°C，實現鋅合金蒸汽部分冷凝回流去雜質，鋅蒸汽中的高沸點雜質隨回流鋅再返回進行蒸餾；
[0023]步驟5、高溫過熱:經上述回流后的純凈鋅合金蒸汽進入回流管的過熱段內，在1400°C?1500°C的溫度下進行高溫過熱處理；
[0024]步驟6、冷凝:將經過高溫過熱處理后的高溫鋅合金蒸汽在純氮氣氣氛下，在60°C?70°C的溫度下急劇冷凝，得到所述的超細鋅合金粉末；
[0025]步驟7、表面處理:對步驟6制得的超細鋅合金粉末進行表面分散處理，將得到的超細鋅合金粉末放入分散劑內進行表面處理，浸泡6?8小時后取出烘干，得到成品超細鋅合金粉末。
[0026]在一個優選的技術方案中，所述的超細鋅合金粉末的粒徑范圍如下:lnm<粒徑(20nm的鋅合金粉末占總的鋅合金粉末的20wt%? 30wt%，80nm彡粒徑> 20nm的鋅合金粉末占總的鋅合金粉末的40wt%? 60wt%，余下為10nm彡粒徑> 80nm的鋅合金粉末。
[0027]在一個優選的技術方案中，所述的分散劑為乙酸乙酯、聚乙二醇或聚乙烯醇的一種或其混合物。
[0028]上述超細鋅合金粉末用于作為涂料的添加劑。
[0029]本發明的技術效果如下:
[0030]本發明提供的鋅合金粉中含有輕稀土元素鑭、鈰和重稀土元素釓。稀土元素鑭、鈰和釓一方面可以抑制晶粒長大，形成細晶粒晶界強化機制，由于熱力學作用而富集在晶界中，合金以枝狀方式生長，產生較多的結晶中心，從而使晶粒細化，另一方面可起到脫氣除雜的作用，因為稀土元素鑭、鈰和釓鈰與合金中的氧、氫、硫等氣體雜質有較強的親和力，可與之形成化合物，從而減小對合金的危害；同時，輕稀土元素鑭、鈰和重稀土元素釓的配合加入能夠細化鋅合金的晶粒，降低其晶界能。
[0031]本發明提供的鋅合金粉中添加了少量的鎳，可以顯著地提高其耐腐蝕和抗氧化性會K。
[0032]本發明提供的鋅合金粉中添加了微量的銦、鉍、鋁和鈣金屬，增強其合金化性能。
[0033]本發明提供的鋅合金粉中不包含汞、鉛、鎘等有毒有害元素，不會造成環境污染和生態破壞，綠色環保。
[0034]本發明采用甲醇催化裂解還原氧化鋅制備得到高純納米鋅粉作為制備本發明的超細鋅合金粉末的主要原料，采用還原氧化鋅制備得到的高純納米鋅粉作為原料相對于常規尺寸的鋅粉可以極大地提高原料的活性，增大原料的表面活化能，最終極其有利于超細鋅合金粉末的得到。
[0035]除了采用甲醇催化裂解還原氧化鋅制備得到高純納米鋅粉作為制備本發明的超細鋅合金粉末的主要原料，本發明還采用分析純的其它金屬作為原料，通過合理地控制調節熔融溫度、蒸餾溫度、回流溫度、高溫過熱溫度、驟冷溫度以及對應的工藝，最終得到優化后的超細鋅合金粉末的制備工藝，制備得到了綜合性能優異的超細鋅合金粉末。
【具體實施方式】