一种利用双轴搅拌粉磨机加工形成鳞片状金属粉体的方法与流程

本发明涉及金属粉体加工技术领域，具体是涉及一种利用双轴搅拌粉磨机加工形成鳞片状金属粉体的方法。

背景技术：

钢铁是国民经济的中流砥柱，是国家的经济命脉，是国家生存与发展的物质保障。但是，钢铁腐蚀给全世界各国也带来惊人的损失。据统计，全世界每年因腐蚀而报废的金属达1亿吨以上，平均经济损失占国民生产总值的3～5％。为了应对钢铁所带来的巨大经济损失，人们采用多种方式来进行钢铁防腐，其中最重要的是将钢铁材料表面外加覆盖层。利用耐蚀的涂层材料覆盖在钢铁表面从而屏蔽钢铁，隔绝钢铁与腐蚀介质的接触达到防腐蚀的目的。通过添加金属锌等金属粉体到高分子聚合物的涂料中，来形成富锌涂料，是目前被广泛使用的防腐措施。涂料是由高分子聚合物和填料等构成，因高分子聚合物在干燥过程中形成结构性气孔，为了达到涂料的屏蔽性和阴极保护功能，需要加入的球形金属锌粉大于80％，这样做的后果是，严重影响涂料的涂装工艺性等。

随着技术的发展，目前最新的工艺是通过添加鳞片状粉体，可以极大地改善涂料的涂装工艺性，而且涂料的膜结合力更好，同时，锌粉添加量仅几分之一，具有更优异的防腐性能。鳞片状金属粉体，尤其是微纳尺度的鳞片状，主要特点为：超薄超细并呈片状，用于配制达克罗涂料，各种水溶性无机盐涂料、无机富锌涂料、非电解性金属防腐粉料。鳞片状粉体在涂料中成片状排列，其三维尺寸中有一维处于亚微米或纳米级，另外两维处于微米级，如此特殊的平面结构，不但保持了微米级粉体较好的分散性，也使其能发挥纳米粉体的功能特性，表面活性较高和与其它活性基团能有效结合。因此，耗锌量小，涂层致密，还具有显著的屏蔽效应，较强的反射光线能力以及优良的导电性，并且更密实地附着于金属基体表面，从而得到优异的防锈、防腐蚀性能，是一种国家急需开发的对国民经济有重要支撑作用的功能性粉体材料。

目前，国内是以中低端金属粉体产品为主，加工工艺都采用球磨机法和高能球磨法，其高能球磨机主要是搅拌磨和振动磨。所生产的产品难以满足高端涂料的要求，主要存在的问题是：1)、片状化程度低，经搅拌磨粉碎后的粉体颗粒平均尺寸为10～30μm，片厚大于0.5μm，2)、粉体颗粒粒径分布宽。造成此质量不高的原因，主要是粉碎设备在加工过程存在冲击力不够的原因，不能对粉体颗粒进行充分的挤压、剪切，同时，设备在使用过程中需要冷却，降低设备使用时间，大量功率被转化为热量从而降低设备能量利用率。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有高能球磨法制备金属粉所存在的问题，提出以增大粉体颗粒在粉碎过程中的冲击力为目标，并结合搅拌磨在粉碎过程中的特点，提供一种具有微纳尺度易于控制、能耗低、粉体表面适度氧化、无三废排放的绿色金属粉体加工方法，即利用双轴搅拌粉磨机加工形成鳞片状金属粉体的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种利用双轴搅拌粉磨机加工形成鳞片状金属粉体的方法，利用具有双轴搅拌器的粉磨机对金属粉体进行球磨加工，对向搅拌的双轴搅拌器带动球磨体在粉磨机内高速运动，并进行正面相互撞击，对金属粉体颗粒进行挤压、剪切、粉碎，得到微纳尺度的鳞片状粉体。

进一步地，所述双轴搅拌粉磨机主要由料筒、搅拌器以及搅拌棒、动力机构构成，料筒由两个圆柱筒各切去四分之一至二分之一后对向焊接而成，两个圆柱筒的圆心位置各安装一个搅拌器，搅拌器上安装有搅拌棒，两个搅拌棒之间的间距为50～150mm，两个搅拌器上的搅拌棒相互错开，动力机构驱动双轴对向搅拌时在交汇处产生高冲击力区。

进一步地，所述搅拌棒由直径6～20mm的碳钢外加厚度为2～10mm的橡胶或热塑性弹性体包覆而成。

进一步地，加工步骤如下：

(1)加入磨球

加入磨球的直径为0.5～30mm，加入量占粉磨机总体积的50～60％；

(2)加入金属粉体

金属粉体的加入量占磨球总重量的2～10％；

(3)加入溶剂

溶剂选择乙醇，水，水与乙醇的混合物，液体石蜡，溶剂油，加入量占加入金属粉体重量的30～60％；

(4)加入助磨剂

助磨剂选择硬酯酸钠或硬酯酸，助磨剂加入量占加入金属粉体重量的0.5～2.0％；

(5)搅拌转速

转速采用200～600r/min等速，或速比为1：0.4～0.8的差速；

(6)搅拌时间

搅拌时间为5～12h。

进一步地，进行球磨加工的金属粉体为锌、铝、铁、或不锈钢粉。

进一步地，加工得到的鳞片状金属粉体的平均尺寸为2～6μm，片厚小于0.1μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：

本发明由于充分利用高能球磨中搅拌磨的优点，采用复合方法，把搅拌磨粉碎粉体颗粒的方法与相向撞击产生更大冲击力的粉体颗粒挤压、剪切的粉磨方式有机地结合起来，并避开其缺点而制得，因此不仅具有高的粉碎效果、高的粉碎效率，而且具有粉体颗粒细化尺寸可调整等优点。

附图说明

图1为本发明中双轴搅拌粉磨机的工作原理图。

图2为现有搅拌磨的工作原理图。

图3是本发明制备的鳞片状金属粉体的sem图(a、b分别代表低、高倍率)。

图4是本发明制备的鳞片状金属粉体的粒径分布图。

图5是利用现有搅拌磨加工金属粉体的sem图(a、b分别代表低、高倍率)。

具体实施方式

实施例1

本发明主要利用具有双轴搅拌器的粉磨机对金属粉体进行球磨加工，对向搅拌的双轴搅拌器带动球磨体在粉磨机内高速运动，并进行正面相互撞击，对金属粉体颗粒进行挤压、剪切、粉碎，得到微纳尺度的鳞片状粉体。

本发明设计的粉磨机结构如图1所示，双轴搅拌粉磨机主要由料筒、搅拌器以及搅拌棒、动力机构构成，料筒由两个圆柱筒各切去四分之一至二分之一后对向焊接而成，两个圆柱筒的圆心位置各安装一个搅拌器，搅拌器上安装有搅拌棒，两个搅拌棒之间的间距为50～150mm，两个搅拌器上的搅拌棒相互错开，动力机构驱动双轴对向搅拌时在交汇处产生高冲击力区。搅拌棒由直径6～20mm的碳钢外加厚度为2～10mm的橡胶或热塑性弹性体(如聚氨酯等)包覆而成。

首先在在粉磨机中添加磨球，加入磨球的直径为10mm，加入量占粉磨机总体积的55％。然后加入锌粉，金属粉体的加入量占磨球总重量的5％。接着加入溶剂和助磨剂，溶剂选择水与乙醇的混合物(1∶1体积比)，加入量占加入金属粉体重量的50％；助磨剂选择硬酯酸钠，助磨剂加入量占加入金属粉体重量的2％；最后，开机搅拌，转速采用600r/min等速，搅拌时间为10h。

请参阅图1所示，两搅拌器分别顺时针和逆时针转动方向，如图1所示。搅拌器转动时，带动球体一起在圆柱筒内作圆周运动。其工作区可分a工作区和b工作区。在a工作区内，粉碎粉体颗粒的工作原理与现有的搅拌磨相同。现有搅拌磨的工作原理如图2所示。粉体颗粒的粉碎是通过被搅动的球磨体之间速率差引起的撞击，进而产生冲击力来实现对球形粉体颗粒的挤压、剪切，使球形颗粒逐步细化并向片状形态转变，进而实现搅拌磨粉碎的功能。

请参阅图5所示，从实际使用效果来看，搅拌磨对金属锌粉体的破碎仍然没有达到微纳尺度的水平。主要存在的问题包括，1)、片状化程度低，经搅拌磨粉碎后的粉体颗粒平均尺寸为10～30μm，片厚大于0.5μm。2)、粉体颗粒粒径分布宽。3)、与国外产品相比，差距巨大。现有搅拌磨生产的产品，要么片径大，要么颗粒细小但片径比低。说明现有加工设备及方法中不能提供足够的冲击力，使颗粒强烈变形、剪切。

但是，采用本发明设计的粉磨机在工作时，被两搅拌器加速后具有一定速度的球体，在图1中所示的b工作区内进行正面撞击，其撞击时所产生的冲击力远大于搅拌磨产生冲击力。因此，a和b工作区被赋于不同的功能，a区内冲击力相对较小，可以将更小的颗粒进一步细化，进而达到微纳尺度范围。而b区内冲击力，直接将更大的颗粒进行挤压、剪切，完成对颗粒的细化，同时其本身也有明显颗粒细化功能。

因此，与高能球磨机的搅拌磨相比，具有两大明显的优势：1)、因具有比搅拌磨更大的冲击力作用，粉体可达到微纳尺度，经此粉磨机粉碎后的粉体颗粒平均尺寸为2～6μm，片厚小于0.1μm(大部分介于0.05～0.1μm之间)(图3)，而且粉体颗粒粒径分布窄(图4)，片状化程度高，与国外产品相比，无明显差距。2)、有效提高有效的冲击次数。在b工作区内，球磨体进行正面撞击替代球磨体间相对撞击，以及减少与桶体间的摩擦，有效功率利用率提高，在直接导致粉磨效果的同时，也明显降低设备的发热。

实施例2

首先在在粉磨机中添加磨球，加入磨球的直径为5mm，加入量占粉磨机总体积的50％。然后加入铝粉，铝粉的加入量占磨球总重量的10％。接着加入溶剂和助磨剂，溶剂选择溶剂油，加入量占加入铝粉重量的30％；助磨剂选择硬酯酸，助磨剂加入量占加入铝粉重量的2.0％；最后，开机搅拌，转速采用200r/min等速，搅拌时间为5h。制备获得鳞片状金属粉体，其sem图、粒径分布曲线基本和图3、4相同。

实施例3

首先在在粉磨机中添加磨球，加入磨球的直径为1mm，加入量占粉磨机总体积的60％。然后加入不锈钢粉，不锈钢粉的加入量占磨球总重量的2％。接着加入溶剂和助磨剂，溶剂选择液体石蜡，加入量占加入不锈钢粉重量的60％；助磨剂选择硬酯酸钠，助磨剂加入量占加入不锈钢粉重量的0.5％；最后，开机搅拌，转速采用速比为1：0.5的差速；搅拌时间为12h。制备获得鳞片状金属粉体，其sem图、粒径分布曲线基本和图3、4相同。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。