CN101088677A - 一种金属纳米体材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属纳米体材料的制备方法，属于金属材料制备技术领域。以软性纯金属的粉末为原料，把钢球和纯金属粉末放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的50～10％，然后对纯金属粉进行高能球磨，使之在球磨过程中发生晶粒细化，形成金属纳米晶粒材料，并在室温下原位形成金属纳米体材料。具有不需烧结，工艺简单、生产成本低、产品产量和质量高等优点。
Description
技术领域；本发明涉及一种金属纳米体材料的制备方法，应用高能球磨技术制备纳米晶体体材料，属于金属材料制备技术领域。
背景技术：纳米材料具有特殊的机械，物理性能，近年来对纳米材料的研究正在成为材料研究的热门领域，其中具有纳米晶粒的体材料是提高其机械性能的关键，故合成制备纳米体材料的方法是纳米材料研究中的重要研究领域之一。
目前制备纳米材料的方法主要有机械合金化(高能球磨)(Mechanical Alloying，MA)，严重塑性变形(Sever plastic deformation，SPD)，惰性气体凝固法(Inert Gas Condensation)，快速凝固(Rapidsolidification)，电化学沉积(Electrodeposition)等多种方法。由于纳米材料制备比较困难，量一般不大，且大多制备得到的是粉末。纳米晶体在热力学上是不稳定的，要通过其它工艺使其成为致密的体材料比较困难。要能够真正反映材料机械、物理性能的指标，必须得到百分之百理论密度的体材料，因此研究制备具有纳米晶粒的体材料的方法具有重要的意义。Valiev等人应用SPD工艺制备出了具有纳米晶粒的体材料，与之相比，高能球磨(Ball Milling，BM)具有设备简单、制备纳米材料成本低、生产量大等优点。但传统高能球磨过程中需加过程控制剂，且只能制备出具有纳米晶粒的粉末，然后需要通过其它工艺使其合成为体材料；而且为使其完全致密，通常还需在一定温下进行烧结才能实现，而在这一过程中，要保持纳米晶粒不长大是非常困难的。
发明内容：本发明的目的是克服现有技术之不足，提供一种金属纳米体材料的制备方法，简化纳米体材料的制备工艺、降低其生产成本、提高产品产量和质量。
本发明金属纳米体材料的制备方法是：以软性纯金属的粉末为原料，把钢球和纯金属粉末直接放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的50～10％，然后在-196℃～-10℃温度下对纯金属粉进行高能球磨，使之在球磨过程中发生晶粒细化，形成金属纳米晶粒材料，再在室温下进行高能球磨，使其形成金属纳米体材料。
软性纯金属为硬度小于等于HB50的纯金属，软性纯金属粉末的粒度小于100目。
放入高能球磨机球磨罐中的钢球和纯金属粉末的球料重量比为100∶1～10∶1。
高能球磨机转速为1000～2000转/分钟，低温高能球磨时间为3～10小时，室温高能球磨时间为3～50小时。
本发明金属纳米体材料的制备方法原理是：以粒度小于100目、硬度小于等于HB50的纯金属粉末(例如铝、铜、锌、锡等塑性较好的金属)为原料，把球料重量比为100∶1～10∶1的钢球和金属粉末直接放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的50-10％，然后在-196℃～-10℃温度下以1000-2000转/分的转速进行高能球磨3～10小时，使之在球磨过程中发生晶粒细化，形成纳米晶粒的材料，再在室温下以1000-2000转/分的转速进行高能球磨3～50小时，使其形成金属纳米体材料(密度达到理论密度的百分之百)。
本发明系简单的高能球磨方法，并配以适当的高能球磨工艺条件，不加过程控制剂，使高能球磨得到的粉末在保持纳米晶粒不长大的的条件下，形成理论密度为百分之百的体材料，因而具有不需烧结，工艺简单、生产成本低、产品产量和质量高等优点。
附图说明：
附图为本发明的工艺流程图。
具体实施方式：下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：以粒度为100目、硬度为HB20的纯铝粉末为原料，把球料重量比为100∶1的钢球和铝粉末放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的50％，然后在-196℃下以1000转/分的转速进行高能球磨10小时，使之在球磨过程中发生晶粒细化，形成纳米晶粒的铝材料，再在室温下以1000转/分的转速进行高能球磨3小时，使其形成密度为百分之百理论密度的铝纳米体材料。
实施例2：以粒度为80目、硬度为HB40的纯铜粉末为原料，把球料重量比为10∶1的钢球和铜粉末放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的10％，然后在-100℃下以2000转/分的转速进行高能球磨5小时，使之在球磨过程中发生晶粒细化，形成纳米晶粒的铜材料，再在室温下以1000转/分的转速进行高能球磨10小时，使其形成密度为百分之百理论密度的铜纳米体材料。
实施例3：以粒度为60目、硬度为HB15的纯锌粉末为原料，把球料重量比为50∶1的钢球和锌粉末放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的30％，然后在-80℃下以1500转/分的转速进行高能球磨3小时，使之在球磨过程中发生晶粒细化，形成纳米晶粒的锌材料，再在室温下以1000转/分的转速进行高能球磨50小时，使其形成密度为百分之百理论密度的锌纳米体材料。
实施例4：以粒度为10目、硬度为HB6的纯锡粉末为原料，把球料重量比为30∶1的钢球和锡粉末放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的20％，然后在-120℃温度下以1000转/分的转速进行高能球磨3小时，使之在球磨过程中发生晶粒细化，形成纳米晶粒的锡材料，再在室温下以1000转/分的转速进行高能球磨4小时，使其形成密度为百分之百理论密度的锡纳米体材料。
实施例5：以粒度为80目、硬度为HB40的纯铜粉末为原料，把球料重量比为60∶1的钢球和铜粉末放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的40％，然后在-10℃下以1500转/分的转速进行高能球磨10小时，使之在球磨过程中发生晶粒细化，形成纳米晶粒的铜材料，再在室温下以1500转/分的转速进行高能球磨30小时，使其形成密度为百分之百理论密度的铜纳米体材料。
Claims (5)
1、一种金属纳米体材料的制备方法，其特征是以软性纯金属的粉末为原料，把钢球和纯金属粉末直接放入高能球磨机球磨罐中，使球料混合物占球磨罐内腔体积的50～10％，然后在-196℃～-10℃温度下对纯金属粉进行高能球磨，使之在球磨过程中发生晶粒细化，形成金属纳米晶粒材料，再在室温下进行高能球磨，使其形成金属纳米体材料。
2、根据权利要求1所述的金属纳米体材料的制备方法，其特征是软性纯金属为硬度小于等于HB50的纯金属，软性纯金属粉末的粒度小于100目。
3、根据权利要求1或2所述的金属纳米体材料的制备方法，其特征是放入高能球磨机球磨罐中的钢球和纯金属粉末的球料重量比为100∶1～10∶1。
4、根据权利要求1或2所述的金属纳米体材料的制备方法，其特征是高能球磨机转速为1000～2000转/分钟，低温高能球磨时间为3～10小时，室温高能球磨时间为3～50小时。
5、根据权利要求3所述的金属纳米体材料的制备方法，其特征是高能球磨转速为1000～2000转/分钟，低温高能球磨时间为3～10小时，室温高能球磨时间为3～50小时。
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