[发明专利]金属基微纳粉制备用醇水系碳黑和氧化铈双相纳米复合浆料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米浆料，尤其是一种双相纳米浆料，具体地说是一种金属基微纳粉制备用醇水系碳黑和氧化铈双相纳米复合浆料及制备方法。

背景技术

相对于其他再制造技术而言，激光再制造技术具有众多优点如再制造界面为冶金结合、组织细小、成分可控、热影响较小等，再加上激光加工的高柔性、高效率、低污染及易于实现计算机控制等光加工特点，使之成为一项备受关注的再制造关键技术之一。然而，现有激光再制造用粉多采用微米金属粉，熔烧微米金属粉需要较大的激光能量，造成对基体尤其是再制造对象为薄壁件时的热输入偏大，进而导致再制造件变形较大、再制造区组织恶化、性能下降等，甚至失去再制造的价值。可见，提高激光再制造用粉对激光的吸收率，是实现解决上述问题的一个重要途径。

碳黑粉体是一种平均粒径为20nm的黑色纳米粉体，若能将碳黑颗粒有效包覆在微米金属颗粒表面构建微纳粉，充分发挥黑色物质的强吸光性和纳米颗粒的表面效应，将会极大地提高粉体对激光的吸收率。纳米氧化铈粉体是最常用的一种稀土材料，具有稀土材料特有的活性元素效应。若在微米金属粉中同时引入纳米碳黑粉和纳米氧化镧粉，既可以提高粉体对激光的吸收性能，又可避免碳黑的引入对微米金属粉使用性能造成的不利影响，如可较好地消除微界面增加诱发的微观缺陷增多等问题。根据王宏宇等的专利“一种纳米陶瓷/微米金属复合粉体的机械制备方法（ZL 2007 10024996.X）”，要想实现纳米颗粒有效包覆于微米颗粒表面，需采用分散稳定的纳米浆料作为球磨介质的纳米引入方式。但是，现有碳黑或氧化铈纳米浆料均为单相纳米浆料，若在制备微纳粉过程中先后引入或同时加入，都将会造成纳米组分分布不均匀而极大地影响微纳粉的品质。

因此，开发一种碳黑和氧化铈双相纳米复合浆料，对于制备出品质优良的碳黑和氧化铈双相纳米增强的金属基微纳粉至关重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有碳黑或氧化铈纳米浆料均为单相纳米浆料，造成所制备的碳黑和氧化铈双相纳米增强的金属基微纳粉品质尚不够理想等问题，发明一种金属基微纳粉制备用醇水系碳黑和氧化铈双相纳米复合浆料。

本发明的技术方案是：

一种金属基微纳粉制备用醇水系碳黑和氧化铈双相纳米复合浆料，其特征是它由纳米碳黑粉、纳米氧化铈粉和醇水混合溶液组成；其中，纳米碳黑粉占浆料质量分数的0.05%~0.15%，纳米氧化铈粉的质量分数为所加纳米碳黑粉质量分数的3-5倍，其余为醇水混合溶液；所述的醇水混合溶液由乙醇和水组成，其中乙醇占混合溶液体积的30~70%。

所述纳米碳黑粉，其特征是该纳米碳黑粉按照ASTMD-3849或GB/T 7046-2003标准检测的着色强度不低于120%，其平均粒径为14~22nm。

所述纳米氧化铈粉，其特征是该纳米氧化铈粉的平均粒径为10~30nm。

所述乙醇最好为无水乙醇，所述水最好为去离子水。

一种金属基微纳粉制备用醇水系碳黑和氧化铈双相纳米复合浆料制备方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，按照所需体积分数配制醇水混合溶液；

然后，将纳米碳黑粉和纳米氧化铈粉分别按照所需配比分散到醇水混合溶液中，制成单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米氧化铈悬浮液；

最后，将已制成的单相纳米碳黑悬浮液和单相纳米氧化铈悬浮液进行球磨混合，即可获得醇水系碳黑和氧化铈双相纳米复合浆料。

所述球磨混合处理工艺参数为球磨转速为500转/分钟、球料比5:1、球磨时间为1小时、磨球直径不大于4mm。

本发明的有益效果：

（1）本发明首次实现了制备醇水系碳黑和氧化铈双相纳米复合浆料，为制备出具有良好使用性能的激光再制造用微纳粉奠定了必要基础，采用该复合浆料所制备的双相纳米增强的金属基微纳粉品质及其使用性能远高于采用现有单相纳米浆料所制备的金属基微纳粉。

（2）本发明所述浆料中，纳米碳黑粉和纳米氧化铈粉具有合理的配比关系，不仅保留了纳米碳黑粉的深黑色以充分发挥其强吸光性，而且该浆料还具有不低于单相纳米浆料的分散稳定性，可稳定分散3个月以上不沉降；采用该浆料所制备的微纳粉，对激光具有很好的吸收性。

（3）本发明通过球磨混合方法，保证了纳米碳黑粉和纳米氧化铈粉在浆料中分布均匀，未见明显某一单相纳米粉局部集中现象，有利于充分发挥纳米碳黑粉和纳米氧化铈各自的功能特性，并经过大量实验研究，获得了球磨混合的最佳工艺组合。