铜包铁粉的应用及制备
发布时间：2021-11-26 03:36
铜包铁粉是一种将铜包在铁粉表面形成包覆层的复合粉末,被用来改善铜铁混合粉末组织不均、成分偏析等问题。本文综述了铜包铁粉的应用及制备方法,介绍了机械球磨涂覆法、置换镀铜法、化学镀铜法等铜包铁粉制备技术的基本原理及研究进展,总结了铜包铁粉制备过程中存在的问题,并展望了铜包铁粉的发展方向。
【文章来源】：粉末冶金技术. 2020,38(06)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
铜包铁粉扫描电子显微形貌（a）和横截面背散射电子形貌（b)[21]
在机械球磨涂覆法之前，研究者主要通过机械合金化制备铜铁混合粉，其中曾发现铜铁颗粒间的互扩散、固溶等现象[32]，为铜包铁粉的发展奠定了基础，部分学者还围绕机械球磨涂覆技术对粉末烧结后试样性能的影响进行了研究，并将球磨技术与烧结方法相结合，制备出性能良好的铜包铁粉。黄晓星等[14]使用机械球磨涂覆法制备铜包铁粉，烧结试样的径向尺寸变化率为–0.057%，轴向烧结尺寸变化率为–0.191%，硬度为HRB 35.6，压溃强度为324.7 MPa，其综合力学性能明显优于使用铜铁混合粉的烧结试样。赵田臣等[33]利用机械球磨涂覆法制备铜包铁粉，在初始相对密度为80%条件下，经烧结后试样密度增加，而机械球磨法制备的铜铁混合粉在同样条件下烧结后试样密度减小；经900℃烧结，铜包铁粉烧结试样硬度约HB 65，比铜铁混合粉烧结试样硬度（HB 55）增加了约HB 10；在获得相同硬度的条件下，铜包铁粉的烧结温度可适当低于铜铁混合粉。何朋等[34]研究了机械球磨涂覆法制备铜包铁粉烧结试样的组织性能，并将其与机械混合铜铁粉烧结试样进行对比，结果如图2所示，机械混合制备铜铁粉烧结试样显微组织中孔洞数目较多且孔洞半径较大，机械球磨涂覆法制备铜包铁粉烧结试样的孔洞分布均匀且孔洞半径较小。综上所述，机械球磨涂覆法作为新型涂层制备技术尚未完全成熟，其中包覆层表面均匀性、致密性一般，孔隙率仍较高[35]，未优化出球磨转速与包覆性能之间的最佳值，在铜包铁粉应用方面有待开发。陈文革等[36]用该方法制备铜包钨粉，结合实验分析发现在钨粉表面较难形成均匀致密的铜包覆层。机械球磨涂覆技术仍有较大的发展空间，需对包覆层的粘附性、润湿性、均匀性以及影响包覆层的因素进行更加深入的研究。
置换镀铜法是将铁粉放入一定浓度的酸溶液中，用搅拌器进行搅拌，使溶液发生置换反应而将铜离子置换成铜单质，经清洗、过滤、烘干等操作得到铜包铁粉，其制备流程如图3所示。张敬国等[37]用还原铁粉置换废液中的铜，制备的铜包铁粉含铜质量分数为20%，铜包覆层厚度约1μm。实验结果表明，随反应时间的增加，废液中Cu2+浓度降低，反应速率变慢，在反应20 min时，Cu2+浓度明显降低，达到一定时间后，反应不在发生，最佳反应时间为27 min。陈莲君等[38]提出将铁粉放入非水溶剂中置换镀铜，避免铁粉与溶液直接接触而被腐蚀，制备的铜包铁粉抗氧化性比在酸溶液中明显提高，烧结相对密度达90%，包覆层厚度约10 nm，制备温度达到40℃时包覆效果最佳。置换镀铜中Cu2+浓度对包覆效果影响较大，因此在制备过程中要合理控制Cu2+浓度，进一步控制反应速率获得理想的包覆效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机械球磨涂覆技术的研究现状及应用[J]. 秦琴,吴开霞,荆志杰,陈静,张其虎,张露艳,何睿琪. 稀有金属与硬质合金. 2019(03)
[2]机械球磨技术在材料制备中的应用[J]. 张桂银,查五生,陈秀丽,严峻. 粉末冶金技术. 2018(04)
[3]铜包纳米铁粉的制备及其结构表征[J]. 陈莲君,李松林,杨英杰,欧阳齐,张丰丽. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(03)
[4]铁鳞还原铁粉表面置换镀铜的添加剂优化[J]. 王勇,刘月,周飞飞,谢帅. 材料保护. 2016(11)
[5]含油轴承用FeCu预合金粉末制备及烧结性能研究[J]. 黄晓星,刘祥庆,杨中元,汪礼敏,张晓峰. 稀有金属. 2016(12)
[6]覆铜铁粉对铜铁基粉末冶金闸片材料性能的影响[J]. 李岩,陈跃,上官宝,杜三明. 热加工工艺. 2016(06)
[7]机械合金化处理Ni/SiC复合粉末的组织形貌[J]. 王荣,马海波,魏德强. 特种铸造及有色合金. 2015(11)
[8]Fe-Cu二元互不溶体系中纳米晶过饱和固溶体的机械合金化制备研究进展[J]. 吴志方,周帆. 粉末冶金工业. 2015(02)
[9]机械球磨方法在表面薄膜涂层制备中的应用[J]. 陈立甲,查五生,吴开霞,吕先竞. 粉末冶金技术. 2014(01)
[10]铜包铁结合剂在金刚石锯切工具中的应用研究[J]. 李国平,郇静,吕英海,赵亮培. 新技术新工艺. 2012(04)
硕士论文
[1]化学还原法制备铜包铁粉工艺及性能研究[D]. 马立涛.昆明理工大学 2009
[2]铜置换包覆铁粉末的工艺及机理研究[D]. 吴世学.重庆大学 2006
本文编号：3519320
【文章来源】：粉末冶金技术. 2020,38(06)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
铜包铁粉扫描电子显微形貌（a）和横截面背散射电子形貌（b)[21]
在机械球磨涂覆法之前，研究者主要通过机械合金化制备铜铁混合粉，其中曾发现铜铁颗粒间的互扩散、固溶等现象[32]，为铜包铁粉的发展奠定了基础，部分学者还围绕机械球磨涂覆技术对粉末烧结后试样性能的影响进行了研究，并将球磨技术与烧结方法相结合，制备出性能良好的铜包铁粉。黄晓星等[14]使用机械球磨涂覆法制备铜包铁粉，烧结试样的径向尺寸变化率为–0.057%，轴向烧结尺寸变化率为–0.191%，硬度为HRB 35.6，压溃强度为324.7 MPa，其综合力学性能明显优于使用铜铁混合粉的烧结试样。赵田臣等[33]利用机械球磨涂覆法制备铜包铁粉，在初始相对密度为80%条件下，经烧结后试样密度增加，而机械球磨法制备的铜铁混合粉在同样条件下烧结后试样密度减小；经900℃烧结，铜包铁粉烧结试样硬度约HB 65，比铜铁混合粉烧结试样硬度（HB 55）增加了约HB 10；在获得相同硬度的条件下，铜包铁粉的烧结温度可适当低于铜铁混合粉。何朋等[34]研究了机械球磨涂覆法制备铜包铁粉烧结试样的组织性能，并将其与机械混合铜铁粉烧结试样进行对比，结果如图2所示，机械混合制备铜铁粉烧结试样显微组织中孔洞数目较多且孔洞半径较大，机械球磨涂覆法制备铜包铁粉烧结试样的孔洞分布均匀且孔洞半径较小。综上所述，机械球磨涂覆法作为新型涂层制备技术尚未完全成熟，其中包覆层表面均匀性、致密性一般，孔隙率仍较高[35]，未优化出球磨转速与包覆性能之间的最佳值，在铜包铁粉应用方面有待开发。陈文革等[36]用该方法制备铜包钨粉，结合实验分析发现在钨粉表面较难形成均匀致密的铜包覆层。机械球磨涂覆技术仍有较大的发展空间，需对包覆层的粘附性、润湿性、均匀性以及影响包覆层的因素进行更加深入的研究。
置换镀铜法是将铁粉放入一定浓度的酸溶液中，用搅拌器进行搅拌，使溶液发生置换反应而将铜离子置换成铜单质，经清洗、过滤、烘干等操作得到铜包铁粉，其制备流程如图3所示。张敬国等[37]用还原铁粉置换废液中的铜，制备的铜包铁粉含铜质量分数为20%，铜包覆层厚度约1μm。实验结果表明，随反应时间的增加，废液中Cu2+浓度降低，反应速率变慢，在反应20 min时，Cu2+浓度明显降低，达到一定时间后，反应不在发生，最佳反应时间为27 min。陈莲君等[38]提出将铁粉放入非水溶剂中置换镀铜，避免铁粉与溶液直接接触而被腐蚀，制备的铜包铁粉抗氧化性比在酸溶液中明显提高，烧结相对密度达90%，包覆层厚度约10 nm，制备温度达到40℃时包覆效果最佳。置换镀铜中Cu2+浓度对包覆效果影响较大，因此在制备过程中要合理控制Cu2+浓度，进一步控制反应速率获得理想的包覆效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]机械球磨涂覆技术的研究现状及应用[J]. 秦琴,吴开霞,荆志杰,陈静,张其虎,张露艳,何睿琪. 稀有金属与硬质合金. 2019(03)
[2]机械球磨技术在材料制备中的应用[J]. 张桂银,查五生,陈秀丽,严峻. 粉末冶金技术. 2018(04)
[3]铜包纳米铁粉的制备及其结构表征[J]. 陈莲君,李松林,杨英杰,欧阳齐,张丰丽. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(03)
[4]铁鳞还原铁粉表面置换镀铜的添加剂优化[J]. 王勇,刘月,周飞飞,谢帅. 材料保护. 2016(11)
[5]含油轴承用FeCu预合金粉末制备及烧结性能研究[J]. 黄晓星,刘祥庆,杨中元,汪礼敏,张晓峰. 稀有金属. 2016(12)
[6]覆铜铁粉对铜铁基粉末冶金闸片材料性能的影响[J]. 李岩,陈跃,上官宝,杜三明. 热加工工艺. 2016(06)
[7]机械合金化处理Ni/SiC复合粉末的组织形貌[J]. 王荣,马海波,魏德强. 特种铸造及有色合金. 2015(11)
[8]Fe-Cu二元互不溶体系中纳米晶过饱和固溶体的机械合金化制备研究进展[J]. 吴志方,周帆. 粉末冶金工业. 2015(02)
[9]机械球磨方法在表面薄膜涂层制备中的应用[J]. 陈立甲,查五生,吴开霞,吕先竞. 粉末冶金技术. 2014(01)
[10]铜包铁结合剂在金刚石锯切工具中的应用研究[J]. 李国平,郇静,吕英海,赵亮培. 新技术新工艺. 2012(04)
硕士论文
[1]化学还原法制备铜包铁粉工艺及性能研究[D]. 马立涛.昆明理工大学 2009
[2]铜置换包覆铁粉末的工艺及机理研究[D]. 吴世学.重庆大学 2006
本文编号：3519320
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