[发明专利]一种铜包铁复合粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料的制备方法，特别是涉及一种没有含硫、氯等有害废液排放，且不损失铁和铜的环保型的铜包铁复合粉的制备方法。

背景技术

采用铜包铁复合粉末制备的粉末冶金制品既具有铁基材料的高强度，又具有铜基材料的优良耐腐蚀性和美观的色泽，同时由于每一颗铁粉都被铜包裹起来，其成分分布均匀，因而制品也可以避免成分偏析造成的组织和性能不均匀现象。因此，铜包铁复合粉在粉末冶金领域具有很好的应用前景。目前，铜包铁复合粉已经开发成功并实现产业化，在含油轴承、金刚石锯片胎体等方面得到工业化应用。

目前工业上生产铜包铁复合粉的方法主要是化学镀技术(化学镀是一个专业术语，即在不通电的情况下，通过化学反应过程在基体表面形成镀层的过程)，其基本过程是基于化学置换的原理，将铁粉加入含铜离子的溶液中，在控制pH值、搅拌、适当的温度等条件下，通过以下置换反应：

Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu  

使铁将溶液中的Cu置换出来，并在铁粉表面结晶，而后经过清洗、干燥等工序得到铜包铁复合粉末。

中国发明专利CN1209216C提出的方法是在搅拌状态下，把还原铁粉迅速加入掺有稳定剂且pH值为0.5~4.8的硫酸铜溶液中，继续搅拌一定时间，使铜完全包覆在铁粉颗粒的表面，即形成铜包铁复合粉，然后经沉降、洗涤、干燥、筛分、防氧化等处理得到产品。中国发明专利CN1730209A的方法与CN1209216C基本相同，只是其pH值变为0.1~6.5。中国发明专利CN101116909A也采用了类似的置换包覆技术，但该专利是以含铜碱性蚀刻废液和酸性蚀刻废液为原料，pH值设定在2~4.5。

这类置换包复技术必须使用酸性的含铜溶液。反应过程中溶液产生的蒸汽以及反应以后产生的废液，都会对环境造成很大危害；同时，从前述反应方程式可知，每产生1摩尔的纯铜，就有1摩尔的纯铁进入废液，亦即每得到63.55克的纯铜，就要损失掉55.85克的纯铁；加之该置换反应过程中不可避免地会有少量铜无法被还原而进入废液。因此，这种技术不仅不利于环境保护，而且造成铁和铜资源的浪费。

也有采用扩散烧结法生产铜包铁复合粉的技术。其基本过程是将还原态的纯铜粉和纯铁粉直接混合均匀，然后在一定温度下、在还原性气氛保护中进行烧结，使铜和铁发生相互扩散，从而在铁颗粒表面得到包复的铜层。这种方法的最大问题是混合过程中铜颗粒不可能均匀地粘附在铁颗粒表面，而且混合后粘附在铁表面的铜与铁是一种机械结合，其结合强度很低，加之铁（7.8g/cm³）与铜（8.9g/cm³）的密度不同，在转运到扩散烧结炉的过程中，还会发生脱落和偏聚，因而得到的复合粉中，铜很难在铁表面形成完整的包复层；同时，由于采用纯铜和纯铁直接混合烧结，缺乏活化烧结机制（活化烧结是粉末冶金中的一个常用术语，本质上就是通过一些技术手段来加快扩散和烧结速度的方法），铜和铁之间的扩散连接较慢，为了达到良好的扩散包复效果，必须采用较高的扩散烧结温度（通常在800℃以上），其得到的产品整体烧结较为严重，后续破碎需要的能量较大，而在高能量破碎过程中，不仅包复好的颗粒之间发生分离，而且部分包复在铁颗粒表面的铜颗粒也脱落下来，进一步降低了包复层的完整性。暴露出来的铁容易氧化变色，导致产品颜色变差，用于粉末冶金行业，其产品的耐蚀性也难以满足要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种铜包铁复合粉的制备方法，该方法既有利于环境保护，又有利于金属资源的高效利用，同时能够保证铜包铁复合粉质量。

本发明所述的一种铜包铁复合粉的制备方法，其所制备的铜包铁复合粉成分为：Cu含量（重量百分数）5%~40%，余量为铁；该方法的具体步骤如下：

第一步，按照设定的铜包铁复合粉成分，分别称取适量的CuO粉和铁粉；

已知铜的原子量为63.55，氧的原子量为16；若需制备的铜包铁复合粉中每100克复合粉含有x克铜，制备的复合粉总量为y克；

则称取的CuO粉为W1=0.0125×x×y（g）；

称取的纯铁粉为W2=y-x×y/100（g）；    

第二步，将称取的CuO粉和纯铁粉置于球磨机或混料机中混合均匀；混合过程无需保护气氛，也不需要加热；混合时间根据物料重量而定，直至粉末颜色均匀。