高能球磨法制备超细鳞片状锌粉.pdf

第5 6 卷第3 期 2004 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e u d s V 0 1 ．5 6 ．N o ．3 A u g u s t 2004 高能球磨法制备超细鳞片状锌粉 蔡晓兰1 ，林兴铭2 ，王国富2 1 ．昆明理工大学材料与冶金工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 ； 2 ．韶关冶炼厂，广东韶关5 12 0 2 4 摘要研究在惰性气体保护下用高能研磨法制备超细鳞片状锌粉过程，考查原料、表面活性荆和研磨工艺对产品性能的影 响。控制转速和气氛，用高能球磨法可制备出较好的超细鳞片状锌粉，最佳的原料粒径为7 ．0 ～1 5 ．O 舯，复合表面活性剂对片状 化有较大的促进作用，2 5 ℃左右，研磨3 0 m J n 径厚比较好。 关键词金属材料；鳞片状锌粉；高能研磨；超细粉末 中图分类号． T F l 2 3 ．1 1 1 ；T F l 2 3 ．2 3 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 4 0 3 0 0 2 9 0 2 鳞片状锌粉作为磁性金属材料，主要应用于制 备水溶性无机盐涂料、无机富锌涂料、非电解性金属 防腐涂料 也叫达克罗涂料 。用其配制的防腐涂 料，锌成片状多层排列，金属粉用量小，涂层致密，耐 腐蚀性较好，特别是达克罗涂层技术是将片状锌、铬 酐等配制成的涂料覆在钢材等基体表面，经3 0 0 “ C 左右固化后获得约6 ～8 肛m 有金属光泽的银灰色锌 铬涂层。它元污染、无氢脆，耐腐蚀性高于电镀锌5 ～8 倍，成为绿色环保型高防腐表面处理技术，许多 发达国家已取代电镀和热镀锌。该技术在我国已有 大面积推广的条件，作为配制该涂料的主要原料 片状锌粉的制备技术一直由国外垄断，目前绝 大部分市场依靠进口原料，因而成本高，影响该技术 的进一步推广和应用。分别采用湿法、传统干式球 磨法和高能球磨法来制备片状锌粉的研究得到大量 的试验数据，这些方法各有优点，湿法设备比较简 单，但工艺复杂，传统干法流程简单，但效率较低。 干式搅拌高能球磨技术制备片状锌粉，效率高、粒径 分布较好，原料、表面活性剂以及研磨温度和时间等 对工艺的影响较为明显。 1买验方法 1 ．1 高能研磨设备 试验在全密封的搅拌研磨仓中进行，该设备装 有水冷夹套以控制研磨温度，忆～2 0 弘m 球状锌粉原 料放入研磨仓内在惰性气体的保护下开始研磨，转 速采用高低速循环式，1 0 0 0 r ／m i n 研磨4 m i n O O r ／ 收稿日期2 0 0 4 0 2 2 4 作者简介蔡晓- “ 1 9 6 5 一 ，女，成都市人，耐教授，博士。硕士生导 师，主要从事表面及粉体工程研究。 m i n 研磨l m i n ，研磨3 0 m i n 后停机取出粉体产物。 1 ．2 粉体的仪器分析 用X 一射线衍射仪测定粉末的物相组成，L S P O P I I I 测粒径分布，进口描扫电镜观察粉末形 貌，化学及物相分析法测粉体成分及粉体氧化情况。 1 ．3 高能球磨机的工作原理 高能球磨是得到片状金属粉的有效方法，除用 于机械合金化外，还用于制备部分韧性及塑性良好 的金属片状粉，如C u ，A g ，舢，A u ，T i ，Z n 等，通过使 用高能研磨技术，可在极短的时间内 3 0 m i n 并 在无液体介质的条件下，迅速形成厚度小于1 肛m ， 直径1 0 ～5 0 0 p m 的片状粉箔。 研磨过程中研磨球的运动速度及球与球之间相 互运动方式、碰撞冲量决定了研磨机的能量水平或 效率。而粉末变形及撕裂所需的能量主要靠球的冲 撞而获得。若球的运动速度低，相互运动以磨擦为 主，冲撞的几率低，则研磨效率低。提高球的运动速 度，冲撞的几率高，磨擦几率低。磨球动能E 锄 1 ／2 m y 2 ，其中E 抽为球的动能，m 为球的质量，勘为 球的运动速度。由此式可见，提高球动能的最有效 方式就是提高其运动速度，因为动能与速度呈平方 关系。可通过控制高能研磨过程中研磨介质的碰撞 速度实现不同的工艺过程。 2 试验结果与分析 2 ．1 原料对产品性能的影响 原料的料径分布和金属活性直接影响产品的形 貌和性能，不同粒径和金属活性的原料在相同工艺 条件下研磨结果见图1 ～2 和表1 。高能研磨原始 锌粉的粒径在7 ～1 5 肚m ，金属氧化率1 ．5 ％～2 ．5 ％ 万方数据 有色金属第5 6 卷 为好，因为随着原料粉的粒径变小，氧化率升高，使 粉变得脆和硬，不利于片状化。 表1 原料对产品性能的影响 T a b l e1 P r o p e r t i e so fr a wm a t e r i a la n dp r o d u c t ⋯原料球状锌粉产品片状锌粉 1 7 均粒径以m 氧化率／％均粒径／t a n 氧化率／％ 颜色 12 ．8 2 27 ．1 0 31 5 ．6 7 4 ．41 0 ．1 3 2 ．5 41 6 ．3 2 1 ．5 l2 3 ．4 7 5 ．3 9 偏黑 3 ．3 1金属光泽 2 ．1 2 光亮 图3 为原料和产品的X 一衍射图，由于采用钢球 为磨介，产品中有铁峰和氧峰，说明有铁污染和氧化 锌存在，拟改用氧化锆球作磨介以减少铁污染。 2 ．2 表面改性剂对片状化的影响 起细粉体的表面改性，主要依靠改性剂在超细 粉体表面的吸附、反应、包覆或成膜来实现，因此，表 面改性剂的种类及性质对粉体表面改性或表面处理 效果具有决定性作用。采用的表面改性剂主要有高 级脂肪酸及其盐、醇类及酯类等。 不同的表面活性剂助磨效果完全不同，单一和 复合表面活性剂对研磨工艺的影响见表2 原料平 均粒径为7 ．1 0 t 嚏m ，表面活性剂对片状粉的影响较 大，单一表面活性剂没有复合表面活性剂效果好，故 选用复合表面活性剂为助磨剂。 2 ．3 工艺条件对径厚比和产品杂质含量的影响 在相同转速条件下，研磨时间和温度对片状粉 径厚比 通过扫描电镜测出其片厚h 和片径d ，径厚 比为d ／h 的值 和杂质含量的影响，结果如表3 所 参考文献 示。随温度升高和时间延长径厚比提高，片状化较 好，温度升高锌粉的延展性提高，可以通过控制温度 来增强锌粉的延展性。铁含量随温度升高和时间延 长而有所增加，可通过更换磨介来降低铁含量。控 制温度在2 5 ℃、研磨时间3 0 m i n 为好。 表2 表面活性剂对研磨效果的影响 T a b l e2E f f e c to fs u r { a c t a n to nm i l l i n gr e s u l t 表3 时间和温度对产品径厚比和铁含量的影响 T a b l e3E f f e c to fr e t e n t i o nt i m ea n dt e m p e r a t u r eo fp r o d u c t 3结论 控制转速和气氛，用高能球磨法可制备出较好 的片状锌粉。最佳的原料粒径为7 ．0 ～1 5 ．O ／．t m 。 复合表面活性剂对片状化有较大的促进作用。2 5 * 3 左右，研磨3 0 m i n 径厚比较好。 [ 1 ] 李会莉，陈岁元，刘常升，等．球磨法制备微细～片的研究[ J ] ．有色矿冶，2 0 0 1 ，1 7 6 3 9 4 2 ． [ 2 ] 单国华．超细鳞片状锌粉的制备[ J ] ．有色矿冶，2 0 0 0 ，1 6 6 4 0 4 2 ． [ 3 ] ’李风生，作者写全 ，，等．超细粉体技术[ M ] ．北京国防工业出版社，2 0 0 0 ． [ 4 ] 杨华明，邱冠周，高太峰，等．搅拌磨超细粉碎的工艺与应用研究[ J ] ．有色金属，1 9 9 8 ，5 0 3 4 7 5 0 ． U l t r a f i n eP o w d e rP r e p a r a t i o no fF l a k eZ i n cb yH i g hE n e r g yM i l l i n g ‘ C A IX i a o - l a n1 ，L I NX i n g - m i n 9 2 ，W A N G 白0 ．丘2 1 ．S c h o o lo fM a t e r i a la n dM e t a l l u r g y ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ； 2 ．S h a o g u a nS m e l t e r ，S h a o g u a n5 1 2 0 2 4 ，G u a n g d o n g ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r e p a r i n gt e c h n o l o g yo fu l t r a f i n ef l a k ez i n cp o w d e r si si n v e s t i g a t e db yu s eo ft h eh i g he n e r g yb a l l m i l l i n gu n d e rt h ep r o t e c t i o no fi n e r tg a s ，a n dt h ee f f e c t so ft h es t a r t i n gp o w d e r s ，s u r f a c t a n ta n dm i l l i n gt e c h n o l o g yo np r o p e r t i e so ft h ep r o d u c ta r er e s e a r c h e d ．T h eu l t r a f i n ef l a k ez i n cp o w d e rc a nb eo b t a i n e db yh i g he n e r g y m i l l i n gp r o c e s st h r o u g ht h ec o n t r o lo fm i l lr o t a t i n gs p e e da n da t m o s p h e r e ．T h eo p t i m a ls t a r t i n gp a r t i c l es i z ei s 7 ．0 ～1 5 ．0 9 m ．T h eo o m p o u n ds u r f a c t a n ti se f f e c t i v ef o rf l a k i n g ．T h ei d e a lp a r a m e t e r so fm i l l i n ga r ea b o u t2 5 ℃ f o rt e m p e r a t u r ea n d3 0 m i nf o rr e t e n t i o nt i m e ． K e y w o r d s m e t a l l i cm a t e r i a l ；f l a k ez i n cp o w d e r ；h i g he n e r g ym i l l i n g ；u l t r a f i n ep o w d e r 万方数据