[发明专利]锆镍合金粉末的制造方法

说明书

本发明涉及锆镍合金粉末的制造方法，属于有色合金粉末制造领域。

现有的锆镍合金粉末制造方法多使用真空电弧炉、真空感应炉，将按化学计量要求的昂贵纯金属锆与金属镍在2000℃以上熔混合金化，然后铸锭，再将金属锭破碎成粉末。一般要经过多种纯金属熔混合金化工序、铸锭工序和破碎工序。因为锆的熔点1855±15℃，必须在高温高真空或惰性气氛中实现合金化过程，设备造价高、能耗大。合金破碎工序繁杂，易损失，不安全。

本发明的目的是提供一种工艺简单、安全、易行、成本低的锆镍合金粉末的制造方法。

本发明具体的解决方案为：

一种锆镍合金粉末的制造方法，其特征在于以强热处理过的氧氯化锆粉末或氧化锆粉末、金属镍粉（或其氧化物粉末）为原料，用金属钙粒（或氢化钙）为还原剂的混合物料团块，置于高温炉内，在惰性气氛中，控制温度在950℃至1350℃之间，恒温保持1至5小时，然后水和处理经高温还原扩散后的产物，除去杂质，获得锆镍合金粉末。氧氯化锆强热处理的条件为：氧氯化锆在空气中加热温度在300℃至1000℃之间，加热时间控制在1至2小时之内，所得白色疏松块状产物经破碎研磨成100目以下的粉末。强热处理过的氧氯化锆粉或氧化锆粉中的锆与金属镍粉（或其氧化物粉末）中的镍的比例与目的物分子式的化学计量比相同。还原剂金属钙粒（或氢化钙）用量为还原强热处理过的氧氯化锆或氧化锆成金属锆（以及还原镍氧化物成金属镍）所需钙的理论值的1.2至2.0倍。原料混合物要充分混匀后造块或紧密堆集。水和处理是用纯水或用3%以下稀盐酸浸泡处理，溶液PH值不能小于6.4，在溶去杂质的同时自然恢复合金粉末形态。

本发明的实施方案是将强热处理过的氧氯化锆粉或氧化锆粉粉与金属镍粉（或其氧化物）充分混匀后再加入还原剂钙粒（或氢化钙），混匀后紧密堆积在一起或压制成块，经过加热处理为特征的制造方法。其中镍粉为合金粉末的母体，并直接影响着最终得到锆镍合金粉末的粒度，经强热处理过的氧氯化锆或氧化锆的数量决定着最终得到锆镍合金的结晶结构和性能。钙粒（粉末、屑状、片状均可）添加量要在使锆化物还原成金属锆的理论还原剂量的1.2倍以上，（若使用镍氧化物相应增加还原剂钙的数量）。加热处理温度控制在钙融点以上，镍融点以下，一般控制在950～1350℃之间。温度过低锆化物还原困难，生成的金属锆与镍之间的扩散亦困难。温度过高镍粉熔融，难以得到适当粒度的合金粉末。加热处理时间需要根据镍粉粒度、加热温度及需要形成的合金中锆含量的多少来决定。一般加热温度高、镍粉粒度小、形成合金中锆含量少加热时间短，反之加热时间长。通常控制在1到5小时之内。另外加热处理时物料须在惰性气氛保护下进行。

本发明主要以形成锆与镍原子比例为1：1或2：1的ZrNi或Zr₂Ni合金为目标，当然亦可以形成其他锆镍合金例如Zr₉Ni₁₁等为目标。原料强热处理过的氧氯化锆或氧化锆和镍粉（或其氧化物）按目标配料，充分混合后加入按化学计量1.2倍以上的将锆化物还原成金属锆（及将镍氧化物还原成镍）所需的金属钙粒（或氢化钙），再充分混合后压球造块（或紧密堆集），在常压惰性气体保护下，在上述温度范围内加热保持，就会不断有锆金属还原出来并通过扩散与镍形成合金。通常锆化物粉很细，镍粉也有一定粒度，因此需要一定的还原扩散时间，经过充分的热处理后，最终全部镍粉转化成锆镍合金粉末。

热处理终了的产物经过水和处理，主要目的在于清洗还原过程中产生的氧化钙等杂质，一般可用蒸馏水或去离子水反复多次浸泡溶去其中杂质，亦可用3%以下稀盐酸处理，缩短浸泡时间。为加速水和过程进行和减少合金有效成份损失，控制水和过程溶液PH值在6.4至7之间。水和过程中锆镍合金自动呈粉末状态。再将粉末清洗干燥即可得到期望的结晶状态良好的合金粉末。

本发明的优点和积极效果如下：

（1）本发明原料采用强热处理过的氧氯化锆粉或氧化锆粉，价格便宜，热处理温度低，还原扩散过程在同一反应器内一次完成，粉化和除杂在水和过程中同时实现，工艺流程简单、安全、易行，降低了合金粉末制造成本。

（2）本发明工艺可靠，产物结晶结构良好。根据不同的锆镍合金组成可直接或间接应用于化工、冶金各领域。例如结晶态Zr₂Ni、ZrNi可做高温下的贮氢材料，也可将结晶态ZrNi粉末经等离子体加热后急冷转换成非晶态ZrNi合金，做成常温下使用的贮氢合金。还可以采用等离子热喷涂等手段将锆镍合金粉喷涂在镍基或其他金属材料表面，提高材料物化性能。还可以做镍基合金冶炼中锆的添加剂等等。