一种鳞片状多元铝锌硅合金粉末及其制备方法.pdf

本发明涉及一种鳞片状多元锌铝合金粉末及其制备方法，其中所述鳞片状多元锌铝合金粉末的片厚为0.1～1μm，平均片径为5～35μm，且其中粒度的具体组成为：片径小于5μm占≤20％，片径5～33μm占≥70％，片径大于33μm≤10％，且所述鳞片状多元锌铝合金粉末的平均片径与片厚的径厚比为35～200。本发明提供的鳞片状金属粉末及其制备方法，特别适合用于生产达克罗涂液，无机富锌漆，重防腐蚀涂料等领域。

1.  一种鳞片状多元锌铝合金粉末，其组分按重量百分比计为：Al：15％-69％；Si：0.2-3％；Mg：0.1-5％；至少两种稀土元素的总量：0.02-0.9％；总量不超过1％的杂质；余量为Zn，其中所述鳞片状多元锌铝合金粉末的片厚为0.1～1μm，平均片径为5～35μm，且其中粒度的具体组成为：片径小于5μm占≤20％，片径5～33μm占≥70％，片径大于33μm≤10％，且所述鳞片状多元锌铝合金粉末的平均片径与片厚的径厚比为35～200。

2.  如权利要求1所述鳞片状多元锌铝合金粉末，其中所述鳞片状多元锌铝合金粉末的松装密度为1.0～3.0g·cm^-3。

3.  如权利要求1所述鳞片状多元锌铝合金粉末，其中所述鳞片状多元锌铝合金粉末的盖水面积为0.4～2.0m²·g^-1。

4.  如权利要求1所述鳞片状多元锌铝合金粉末，其中所述至少两种稀土元素主要包括镧(La)，铈(Ce)，镨(Pr)，钕(Nd)中的任意两种或多种。

5.  如权利要求4所述鳞片状多元锌铝合金粉末，其中所述至少两种稀土元素包括镧(La)，铈(Ce)，镨(Pr)，钕(Nd)中的任意两种，且该任意两种的含量和占稀土元素总量的百分比≥85％。

6.  一种制备权利要求1所述鳞片状多元锌铝合金粉末的方法，按照权利要求1所述鳞片状多元锌铝合金粉末各组分的重量百分比备料，将各组分按配比在熔炼炉中制得锌铝合金，再通过深井铸造方式浇注成锌铝合金棒，然后，将锌铝合金棒放入真空雾化制粉设备中雾化成200～500目的球状锌铝合金粉，再将所述球状锌铝合金粉加入到球磨机中，同时加入助磨剂和球磨介质进行球磨，并且先抽真空后再通入惰性气体，球磨机夹层中通入冷却液体以控制球磨过程中温度为20-60℃，球磨时间为8～20小时，保持球磨机转速为30～100转/分，从而将所述球状多元锌铝合金粉球磨成片状合金粉，制备出所述鳞片状多元锌铝合金粉末。

7.  如权利要求6所述的方法，其中助磨剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硫化钼、聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、甘油醇中的一种或几种混合。

8.  如权利要求6所述的方法，其中助磨剂按照所述球状多元锌铝粉末重量的1％～10％的比例添加。

9.  如权利要求6所述的方法，其中球磨介质为陶瓷球或钢球，其粒径为1-15毫米。

10.  如权利要求6所述的方法，其中球磨介质与所述球状多元锌铝粉末按重量比为(6～20)∶1。

一种鳞片状多元铝锌硅合金粉末及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种鳞片状多元铝锌硅合金粉末及其制备方法。
背景技术
达克罗技术最早诞生于二十世纪五十年代末，是一种类似电镀锌的金属涂层处理技术，美国的科学家迈克·马丁研制了以金属锌片为主同时加入铝片、铬酸、去离子水做溶剂的高分散水溶性涂料，涂料沾在金属基体上，经过全闭路循环涂覆烘烤，形成薄薄的涂层。达克罗涂层成功地抵抗氯离子的侵蚀，防腐技术进入了新的台阶，革新了传统工艺防腐寿命短的缺陷。达克罗涂层外观为均匀的银灰色，涂层中含有80％的薄锌片和铝片，其余为铬酸盐，具有优良的性能，如极强的抗腐蚀性等；特别适用于高强度受力件，如用于地铁工程的高强度螺栓；高耐热性；耐热温度可达300℃。此外，还具有高渗透性、高附着性、高减摩性、高耐气候性、高耐化学品稳定性及无环境污染等优点。在工业发达国家的汽车、土木建筑、电力、化工、海洋工程、家用电器、铁路、公路、桥梁、隧道、军事工业等众多领域里，已经得到极为广泛的应用。目前达克罗涂液种类繁多，但普遍仍然存在缺陷需进一步完善，例如需要实现去铬以及需要进一步提高其性能等，尤其是较为普通采用的鳞片状合金粉的性能仍无法完全满足工艺要求。
另外，目前国内现有的鳞片状金属粉末的制造方法主要有机械法、物理法和化学法等。其中机械法主要有球磨法和超声粉碎法，其中球磨法在实际生产是较为普遍采用的。球磨法又分为干磨和湿磨两种加工工艺，其中湿磨法主要包括在金属粉研磨的过程中加入例如溶剂油等媒介进行研磨的工序，再通过分选，过滤，干燥，筛分，二次干燥，包装等工序得以实现。上述湿磨法干燥工艺复杂，周期长，效率低，金属粉易氧化，更严重的是经干燥后的金属粉会残留一部分媒介，影响金属粉的使用范围和质量。而干磨工艺需长时间的搅拌分散，增加能耗，而且干磨工艺制造获得的超微锌粉、铝粉，其形状与性能均与达克罗工艺需要的粉体又有较大差距，从而限制了无铬锌铝涂层技术产业化的进程。
因此，提供一种改进的鳞片状合金粉及其制备方法就成为该领域急需解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可以满足特种涂装涂料要求的优质鳞片状多元锌铝合金粉末，以及提供一种效率高、成本低并适用于实际生产的制备方法。
本发明所提供的鳞片状多元锌铝合金粉末，其组分按重量百分比计为：Al：15％-69％；Si：0.2-3％；Mg：0.1-5％；至少两种稀土元素的总量：0.02-0.9％；总量不超过1％的杂质；余量为Zn，其中所述鳞片状多元锌铝合金粉末的片厚为0.1～1μm，平均片径为5～35μm，且其中粒度的具体组成为：片径小于5μm占≤20％，片径5～33μm占≥70％，片径大于33μm≤10％，且所述鳞片状多元锌铝合金粉末的平均片径与片厚的径厚比为35～200。
优选的，其中所述鳞片状多元锌铝合金粉末的松装密度为1.0～3.0g·cm^-3。
优选的，其中所述鳞片状多元锌铝合金粉末的盖水面积为0.4～2.0m²·g^-1。
优选的，其中所述至少两种稀土元素主要包括镧(La)，铈(Ce)，镨(Pr)，钕(Nd)中的任意两种或多种。
优选的，其中所述至少两种稀土元素包括镧(La)，铈(Ce)，镨(Pr)，钕(Nd)中的任意两种，且该任意两种的含量和占稀土元素总量的百分比≥85％。
另一方面，本发明还所提供了一种鳞片状多元锌铝合金粉末的制造方法，按照所述鳞片状多元锌铝合金粉末各组分的重量百分比备料，将各组分按配比在熔炼炉中制得锌铝合金，再通过深井铸造方式浇注成锌铝合金棒，然后，将锌铝合金棒放入真空雾化制粉设备中雾化成200～500目的球状锌铝合金粉，再将所述球状锌铝合金粉加入到球磨机中，同时加入助磨剂和球磨介质进行球磨，并且先抽真空后再通入惰性气体，球磨机夹层中通入冷却液体以控制球磨过程中温度为20-60℃，球磨时间为8～20小时，保持球磨机转速为30～100转/分，从而将所述球状多元锌铝合金粉球磨成片状合金粉，制备出所述鳞片状多元锌铝合金粉末。
优选的，其中助磨剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硫化钼、聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、甘油醇中的一种或几种混合。
优选的，其中助磨剂按照所述球状多元锌铝粉末重量的1％～10％的比例添加。
优选的，其中球磨介质为陶瓷球或钢球，其粒径为1-15毫米。
优选的，其中球磨介质与所述球状多元锌铝粉末按重量比为(6～20)∶1。
本发明所述鳞片状多元锌铝合金粉末的平均片径5～35μm，且其中粒度的具体组成为： 片径小于5μm占≤20％，片径5～33μm占≥70％，片径大于33μm≤10％。本发明这种粒度的具体组成不仅保证了平均片径的要求，并且使得粉体几何尺寸分布均匀，而均匀的粒度分布又有利于减少涂层中的孔隙等缺陷，形成均匀的“层层叠叠”的结构，从而有利于抑制腐蚀介质的渗透，从而提高涂层的防腐性能。
本发明所述鳞片状多元锌铝合金粉末的片厚为0.1～1μm，平均片径为5～35μm，平均片径与片厚径厚比为35～200，大大的提高了鳞片状多元锌铝合金粉的径厚比，这具有重大的现实意义。因为径厚比的提高，一方面可以降低涂料涂覆时每单位面积锌铝合金粉的使用量，使生产的成本大大降低；另一方面，径厚比的提高，可以使涂覆在工件件表面的片状锌铝合金粉更加密实，降低涂覆时由于片状合金粉过厚或片径厚度不均匀而导致的空隙，提高涂料涂覆后的防腐性能。因此，所述鳞片状多元锌铝合金粉末相对于现有技术取得重大突破。
进一步的，本发明所述鳞片状多元锌铝合金粉末的松装密度为1.0～3.0g·cm^-3，这也是发明人付出了创造性的劳动才最终获得的。因为能够影响粉末松装密度的因素很多，如粉末颗粒形状、尺寸及粒度分布等等。并且这些因素会因粉末的制取方法及其工艺条件的不同又有明显差别。而本发明中所述鳞片状多元锌铝合金粉末在满足颗粒尺寸较小，片状化程度较高的前提条件下，通过生产工艺上的改进进一步实现了较小的松装密度，从而提高了鳞片状多元锌铝合金粉在涂料中的分散性，也进一步更加满足了达克罗涂料的使用要求。
进一步的，本发明通过生产工艺上的改进使得所述鳞片状多元锌铝合金粉末的盖水面积为0.4～2.0m²·g^-1，说明本发明的鳞片状多元锌铝合金粉片状化程度较高，覆盖性较好，在水中分散性好。本发明中的鳞片状多元锌铝合金粉的盖水面积已经超过国产单纯锌粉的盖水面积，甚至可达到国外单纯锌粉产品的标准，取得了非常突出的技术效果。
另一方面，本发明所提供的鳞片状金属粉的制备方法与现有技术相比代替了湿磨中用液体做为研磨媒介的缺陷，通过加入助磨剂和球磨介质进行研磨，经干燥后的金属粉不会残留任何媒介，保证了金属粉的使用范围和质量。
进一步的，其中加入的助磨剂和球磨介质，还保证了金属粉之间不会产生冷焊现象。
进一步的，在密闭的球磨机内通入惰性气体，可以避免氧气进入，防止金属粉氧化。
进一步的，，在球磨过程中通过调节球磨机夹层中的冷却水量的方法控制金属粉的温度在20～60℃之间，同时调节球磨机的转速在30-100转/分钟进行球磨，可以将球状金属粉球磨成片状金属粉。
另外，通过控制不同的球磨转速，还可以提高金属粉的质量和使用范围，使所制备的金属粉不仅可用于达克罗涂料，也可用于富锌漆等其他防腐涂料。
进一步的，本发明中球磨机通过增设的夹层结构，使冷却液体例如水是由球磨机夹层通入，而不是直接与粉体接触。和传统的湿磨以及长时间的干磨方法相比，而且采用水冷控制球磨温度，不仅仍然避免了湿磨的缺陷，也克服了需要长时间干燥的不足，极大的提高了生产效率。
另外，本发明所提供的鳞片状多元锌铝合金粉是采用干式球磨方法得到的，完全避免了湿法研磨时粉末表面所包覆的媒介如溶剂油对后续涂料性能的影响。
最后，本发明提供的锌铝合金粉由于铝的钝化作用，极大地减缓了锌的消耗速率，相对于国内外所生产的单一的没有合金化的锌、铝的粉末或者其混合粉末而言，极大的提高了涂料的防腐性能与防腐寿命。
综上所述，本发明提供的鳞片状金属粉末及其制备方法，特别适合用于生产达克罗涂液，无机富锌漆，重防腐蚀涂料等领域。不仅如此，采用本发明的所提供的制备方法同样可以适用于其他片状金属粉的生产，例如：铝粉、铜粉、铜锌合金粉、银粉等等。
附图说明
图1卧式球磨机夹层结构图
具体实施方式
本发明的鳞片状多元铝锌硅合金粉末由Al、Si、Mg、Zn和稀土等元素组成，表1中列出了本发明中各成分重量百分比的一些优选的具体实施例，但本发明各组成成分的含量并不局限于表1-10中所列的具体数值，对于本领域技术人员来说，完全可以在表1所列的具体数值的基础上进行合理概括和推导。
需要特别说明的是，本发明在提供了一种可以满足特种涂装涂料要求的优质鳞片状多元锌铝合金粉末的基础上，通过生产工艺上的进一步的改进，使所述鳞片状铝锌硅合金粉末的性能均远远超于现有技术中的鳞片状合金粉末，说明本发明鳞片状铝锌硅合金粉末的内部微观组织也发生了非常大的变化，尽管这些微观变化无法用鳞片状铝锌硅合金粉末的结构和/或 组成等进一步限定加以描述，但是通过表1中性能参数的进一步描述，本领域技术人员可以清楚的获知其对本发明鳞片状铝锌硅合金粉末的所起到的限定作用。
但是，表1-10中所涉及的松装密度以及盖水面积等性能参数却并不是解决本发明必不可少的技术特征，其仅仅是本发明相对于现有技术进一步取得的更优的技术方案。对于本发明而言，核心的内容在于鳞片状多元锌铝合金粉末成份的设定，尤其是粉末片厚、片径、粒度的具体组成以及径厚比的设定而达到适合用于生产达克罗等涂液的发明目的。而在此基础上，通过生产工艺的进一步改进均是使这一技术效果更突出，更优越。因此，在说明书中的下述表1中同时记载松装密度以及盖水面积这两个性能参数，也只是为了能够更加详细、方便地介绍本发明的技术方案，而并非作为解决本发明技术问题的必要技术特征加以描述。
与此相类似的，表1-10进一步给出本发明具体采用的稀土元素的成份及其具体含量同样是作为优选实施例加以描述，本领域技术人员应当能够确定并不必然要求采用表1-10中给出的稀土元素及其含量方能解决其技术问题，即其同样不是作为必要条件加以描述的。
表1各组成成份(重量百分比)及其性能参数


表2各组成成份(重量百分比)及其性能参数


表3各组成成份(重量百分比)及其性能参数


表4各组成成份(重量百分比)及其性能参数


表5各组成成份(重量百分比)及其性能参数


表6各组成成份(重量百分比)及其性能参数


表7各组成成份(重量百分比)及其性能参数


表8各组成成份(重量百分比)及其性能参数


表9各组成成份(重量百分比)及其性能参数


表10各组成成份(重量百分比)及其性能参数


下面结合附图1，具体说明本发明制备鳞片状多元锌铝合金粉末实施方式，首先，按要求进行备料，并将各组分按配比在熔炼炉中制得锌铝合金，再通过深井铸造方式浇注成锌铝合金棒。然后，将锌铝合金棒放入真空雾化制粉设备中雾化成200～500目的球状粉，再将球状锌铝合金粉加入到球磨机中，同时加入助磨剂，球磨介质进行球磨，先抽真空后再通入惰性气体，球磨机夹层1中通入冷却液体以控制球磨温度为20-60℃，球磨时间为8～20小时，保持球磨机转速为30～100转/分，将球状多元锌铝合金粉球磨成片状合金粉，制备出鳞片状多元锌铝合金粉末。
本发明采用的球磨机是现有技术的卧式球磨机的基础上增设了一球磨机夹层1，从而可以在夹层1中通入冷却液体以控制球磨温度，从而实现了冷却液体与粉末分离并不接触以克服湿磨缺陷的发明目的。
优选的，球磨助剂包括硬脂酸锌、硬脂酸钙、硫化钼、聚乙烯醇、十二烷基苯磺酸钠、甘油醇等。硬脂酸盐、硫化钼用量为金属粉末重量的1-10％。
优选的，采用球磨介质直径为1-15mm，优选陶瓷球或钢球等，其与原料铝锌硅合金粉的比例为6∶1至20∶1。
优选的，球磨机运转速度不低于30r/min，优选的选择范围为30-100r/min。
实施例1：
取300目铝锌硅合金粉原料10Kg，硬脂酸锌0.4Kg，钢球200Kg投入球磨机中，抽真空后通入氮气，并接通冷却水，保证球磨过程中温度在30-40℃之间。以50r/min的转速球磨10h后出料，将球磨后的粉料投入抛光机中进行抛光，抛光后的粉料经分级后制得片状铝锌硅合金粉。
实施例2：
取200目铝锌硅合金粉原料10Kg，聚乙烯醇0.1Kg，硬脂酸钙0.2Kg，钢球120Kg投入球磨机中，抽真空后通入氮气，并接通冷却水，保证球磨过程中温度在30-40℃之间，以100r/min的转速球磨14h出料，将球磨后的粉料投入抛光机中进行抛光，抛光后的粉料经分级后制得片状铝锌硅合金粉。