鎳粉的制備方法及其制備的鎳粉的應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬粉體材料技術領域,具體涉及一種鎳粉的制備方法及其制備的鎳 粉的應用。
【背景技術】
[0002] 3D打印技術是一種新型的打印技術,其突出優點在于無需機械加工或任何模具, 就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件,從而極大地縮短產品的研制周期,提 高生產率和降低生產成本。3D打印金屬粉末作為金屬零件3D打印最重要的原材料,其制備 方法備受人們關注。
[0003] 3D打印金屬粉末除需具備良好的可塑性外,還必須滿足粉末粒徑細小、粒度分布 較窄、球形度高、流動性好和松裝密度高等要求。
[0004] 目前,粉末制備方法按照制備工藝主要可分為:還原法、電解法、羰基分解法、研磨 法、霧化法等。其中,以還原法、電解法和霧化法生產的粉末作為原料應用到粉末冶金工業 的較為普遍。電解法能耗高,球形度不易控制,粒徑分布不易控制。羰基分解法對設備要求 高,且有毒不環保。霧化法雖球形度好,密度高,但存在粒徑分布寬,設備要求高,能耗高等 不足。還原法生產金屬粉末工藝簡單,且粒徑可控、球形度可控,但密度一般達不到3D打印 粉末要求。
【發明內容】
[0005] 本發明實施例的目的在于克服現有技術的上述不足,提供一種鎳粉的制備方法, 可以制備粒徑分布均勻、密實的球形鎳粉。
[0006] 本發明實施例的另一目的在于克服現有技術的上述不足,提供一種如上所述的鎳 粉的制備方法制備的鎳粉的應用,該鎳粉滿足3D打印金屬粉末和粉末冶金的要求。
[0007] 為了實現上述發明目的,本發明實施例的技術方案如下:
[0008] 一種鎳粉的制備方法,包括:
[0009] 將鎳鹽溶液與草酸銨溶液加入底液中反應得到草酸鎳;
[0010] 將所述草酸鎳還原,得到鎳粉粗品;
[0011] 將所述鎳粉粗品加入到醋酸鎳和/或者甲酸鎳溶液中使所述鎳粉粗品吸附所述 醋酸鎳和/或者所述甲酸鎳,過濾并干燥吸附后的鎳粉粗品;
[0012] 將所述吸附后的鎳粉粗品還原,得到鎳粉。
[0013] 本發明實施例的另一技術方案如下:
[0014] -種如上所述的鎳粉的制備方法制備的鎳粉在3D打印和粉末冶金中的應用。
[0015] 本發明實施例采用液相沉淀、物理吸附、二次還原相結合的工藝,制備出粒徑分布 均勻,密實的球形鎳粉,并且該方法使得粒徑可控,密度可控,技術工藝簡單,設備投資小, 成本低,適合于工業化生產。
[0016] 本發明實施例采用該方法制備得到的鎳粉滿足3D打印金屬粉末和粉末冶金的要 求,可以作為3D打印金屬粉末和冶金粉末使用。
【附圖說明】
[0017] 下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明,附圖中:
[0018] 圖1為本發明實施例的鎳粉的制備方法的流程圖;
[0019] 圖2為本發明實施例1的鎳粉的掃描電鏡圖;
[0020] 圖3為本發明實施例3的鎳粉的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白,以下結合附圖及實施例,對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明,并 不用于限定本發明。
[0022] 如圖1所示,為本發明實施例的鎳粉的制備方法的流程圖。該鎳粉的制備方法,包 括如下步驟:
[0023] 步驟S01 :將鎳鹽溶液與草酸銨溶液加入底液中反應得到草酸鎳;
[0024] 步驟S02 :將草酸鎳還原,得到鎳粉粗品;
[0025] 步驟S03 :將鎳粉粗品加入到醋酸鎳和/或者甲酸鎳溶液中使鎳粉粗品吸附醋酸 鎳和/或者甲酸鎳,過濾并干燥吸附后的鎳粉粗品;
[0026] 步驟S04 :將吸附后的鎳粉粗品還原,得到鎳粉。
[0027] 本發明實施例通過上述過程,采用液相沉淀、物理吸附、二次還原相結合的工藝, 制備出粒徑分布均勻,密實的球形鎳粉,并且該方法使得粒徑可控,密度可控。
[0028] 具體地,上述鎳粉的制備過程可以在反應釜中進行。當然本申請并不以此為限,也 可以在其他適合的裝置中進行。
[0029] 具體地,底液為水和碳酸氫銨的混合溶液,底液中的碳酸氫根離子濃度為10~ 30g/L,底液的溫度為30~60°C。底液的配制過程為:在反應釜內加入水和碳酸氫銨組成 的底液,底液的體積加入量為達到第一層攪拌槳葉上沿。對底液的加入量沒有限定,只要可 以達到便于攪拌的目的即可,一般底液的加入量只要能達到槳葉,即可達到攪拌的目的。
[0030] 具體地,步驟S01的過程中,鎳鹽溶液中鎳與草酸銨溶液中草酸銨的摩爾比為 1:1. 1~1. 5。雖然其它草酸鹽如草酸鉀也可以反應,但會引入金屬雜質,影響產品純度,因 此,本發明選擇草酸銨作為反應物。其中,鎳鹽溶液中鎳的濃度為60~100g/L,鎳鹽溶液 的流量為20~100L/h ;草酸銨溶液中草酸銨的濃度為60~80g/L,草酸銨溶液的流量根 據反應pH值調節,鎳鹽溶液與草酸銨溶液并流加入。常溫下高于該濃度范圍的草酸銨會結 晶,阻塞管道,影響反應體系的穩定;低于該濃度范圍的草酸銨,需要的草酸銨體積量較大, 反應過程中粒徑還未達到目標值,反應釜已滿,影響產品質量。鎳鹽溶液與草酸銨溶液的反 應溫度為30~60°C,pH為1. 5~3. 0,反應時間10h以上。反應的過程中伴隨攪拌,攪拌 的速率為150~250r/min。鎳鹽溶液為氯化鎳、硝酸鎳或者硫酸鎳等。
[0031] 步驟S01制備得到的草酸鎳需要滿足如下指標:草酸鎳的形狀為球形,松裝密度 為0. 95~1. 3g/cm3, D50粒度為15~30 ym。D50粒度小于15 ym時,草酸鎳球形度和致 密度不能達到要求,得不到高密度球形鎳粉;D50粒度高于30 ym時,后續還原鎳粉的費氏 粒徑偏大,影響產品使用。
[0032] 草酸鎳臨界沉淀時過飽和度高,易形成大粒徑的草酸鎳顆粒,本發明的技術方案 采用碳酸氫銨做底液,鎳鹽溶液加入后,優先生成碳酸鎳細晶核,因碳酸鎳晶核的生成降低 了草酸鎳臨界沉淀值,使草酸鎳不斷在碳酸鎳晶核上析出,并不斷生長,解決了草酸鎳初始 顆粒太大的問題,從而使得草酸鎳粒徑可控。又因為草酸鎳在碳酸鎳晶核上不斷生長,因此 這種方式得到的草酸鎳相對于瞬間聚集而成的草酸鎳顆粒致密,且球形度好。
[0033] 具體地,步驟S02的過程中,將草酸鎳還原的過程在還原性氣氛下進行。該還原性 氣氛可以是H 2等還原性氣體。將草酸鎳還原的溫度為400~500°C,時間為2~4h。還原 后的鎳粉粗品還可以經過破碎的過程進一步得到合適粒徑的鎳粉粗品。因為草酸鎳很致 密,如果溫度低于400°C較難反應完全,需要延長反應時間,而延長反應時間后會造成不同 料層間燒結,影響鎳粉的分散性;此外,氣體擴散到顆粒內部至全部反應完全需要一定的時 間,所以反應時間需要在2h以上。上述反應溫度和時間可以使反應完全,且鎳粉粒徑和分 散性都在需要的范圍之內。
[0034] 具體地,步驟S03的過程中,吸附時可以充分攪拌鎳粉,吸附時間為10~20min,常 溫下吸附。如果在加熱的條件下吸附,冷卻后會有部分醋酸鎳和/或者草酸鎳結晶在鎳粉 表面,影響鎳粉的密度和形貌。本發明優選醋酸鎳和/或者草酸鎳溶液,當然,本發明并不 以此為限,只要能溶于水,且加熱條件下分解成鎳以及C0、C0 2和水等揮發性氣體,不引入新 的雜質元素的鎳鹽都可以。使用的醋酸鎳和/或者草酸鎳的量使吸附后的鎳粉粗品中的鎳 的質量增加〇. 1~3%。第一次還原鎳粉得到的鎳粉粗品的顆粒內部有空隙,鎳的質量增加 0. 1~3%后,該空隙全部吸附飽和。如果使用的醋酸鎳和/或者草酸鎳過量,過量的醋酸 鎳和/或者草酸鎳會吸附在鎳粉表面,再次還原后會影響鎳粉形貌和密度。過濾可以采用 離心過濾的方式,當然本申請并不以此為限,也可以采用其他適合的過濾的方式。干燥的溫 度為50~80°C,干燥的時間為1~5h,干燥后得到的吸附后的鎳粉粗品中水分的質量含量 為1~3%〇
[0035] 具體地,步驟S04的過程中,將吸附后的鎳粉粗品還原的過程在還原性氣氛下進 行。該還原性氣氛可以是氏等還原性氣體。將吸附后的鎳粉粗品還原的溫度為300~ 400°C,時間為1~3h。還原后的鎳粉可以通過破碎的步驟得到合適粒徑的鎳粉。
[0036] 草酸鎳在還原過程中釋放出二氧化碳和一氧化碳,分解后得到的鎳粉粗品顆粒內 部會留下一些空洞,導致鎳粉粗品密度低,不能達到3D打印粉末要求。本發明的技術方案 將還原后的鎳粉粗品吸附醋酸鎳和/或者甲酸鎳,醋酸鎳和/或者甲酸鎳完全填充鎳粉粗 品顆粒內部