專利名稱：納米級(jí)片狀銅鋅合金粉及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬粉體，特別是納米級(jí)片狀銅鋅合金粉及其制造方法。
背景技術(shù)：
片狀銅鋅合金粉又稱仿金銅合金粉，俗稱“銅金粉”，由于具有好的光反射效果，金屬色澤逼真酷似黃金，富麗堂皇，光亮持久，并且具有分散性好、附著力強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種現(xiàn)代裝飾、煙酒等高檔彩印包裝、汽車與摩托車面漆、工藝品修飾等諸多工業(yè)領(lǐng)域。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，作為金屬顏料之一的片狀銅鋅合金粉在裝飾、裝潢、包裝、彩印、汽車、摩托車等領(lǐng)域獲得愈來愈廣泛的應(yīng)用，對(duì)其質(zhì)量提出了更高的要求。由于納米級(jí)片狀銅鋅合金粉末的體積效應(yīng)(即小尺寸效應(yīng))和表面效應(yīng)，其水面遮蓋力極高，分散性很好，加上其獨(dú)特的金屬色澤及閃光效果，是納米技術(shù)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，應(yīng)用前景十分廣闊。從片狀銅鋅合金粉的亮度、金屬感、閃光效應(yīng)、定向遷移性和水面遮蓋力等方面綜合考慮，粉末厚度宜控制在30～50nm。
目前，國(guó)內(nèi)外均采用霧化-球磨工藝生產(chǎn)片狀銅鋅合金粉，原則工藝流程如圖1，主要包括銅、鋅與其它金屬按一定配比混合，加熱熔化，在惰性氣體保護(hù)下噴霧，經(jīng)冷卻得到球形銅鋅合金顆粒，顆粒粒度一般為15～50μm。分級(jí)后的顆粒采用多級(jí)球磨使球形顆粒轉(zhuǎn)型為片狀粉末，粉末厚度0.1～0.8μm。最后經(jīng)分級(jí)、機(jī)械化學(xué)拋光等工藝過程，制得片狀銅鋅合金粉。
此生產(chǎn)工藝存在的不足是①粉末厚度偏大且凹凸不平，反射率低，亮度與金屬感欠佳，水面遮蓋力小。一方面，在球磨過程中，隨著粉末粒度的減小，粉末表面容易氧化而變暗，甚至發(fā)黑，加上片狀微粒分級(jí)技術(shù)上存在困難，導(dǎo)致傳統(tǒng)的球磨法難以制備厚度更小的粉片，且粉末厚度分布不均勻。另一方面，機(jī)械力轉(zhuǎn)型所得粉末表面凹凸不平，粉末形狀為“爆米花型”(Cornflake-like)，造成粉末表面和邊緣光的散射和漫反射，嚴(yán)重影響粉末的亮度、色澤和金屬感。厚度較大且不均勻的粉末在油墨印刷及涂料噴涂過程中定向遷移能力較低，不易在基體表面平行取向排列，光反射率較低，介乎60～80％，嚴(yán)重影響金屬感、閃光光澤等使用效果。此外，傳統(tǒng)仿金銅合金粉的水面遮蓋力較低，最高不超過1.4m2/g，單位承印、涂裝面積粉末消耗量較大。②生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。例如球磨部分，需經(jīng)4～6級(jí)球磨，球磨時(shí)間在40小時(shí)以上。

發(fā)明內(nèi)容
為克服片狀銅鋅合金粉傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)的不足，大幅度提升片狀銅鋅合金粉產(chǎn)品質(zhì)量，本發(fā)明提供一種基于薄膜技術(shù)制備厚度為納米級(jí)的片狀銅鋅合金粉的方法。
片狀銅鋅合金粉，由銅、鋅及少量其它金屬組成，其重量百分含量為含銅68～93％，含鋅6～30％，含鋁0.2～1.6％。
上述片狀銅鋅合金粉的制備方法，本發(fā)明采用真空鍍膜法，將銅、鋅等元素在真空中連續(xù)地沉積到超薄有機(jī)膜襯底上，形成結(jié)構(gòu)致密，表面平整光滑的納米級(jí)銅鋅合金膜，用溶劑除去有機(jī)超薄膜后，經(jīng)強(qiáng)力機(jī)械攪拌或超聲粉碎使納米級(jí)合金膜轉(zhuǎn)型為納米級(jí)片狀合金粉，再經(jīng)干燥、表面包覆改性、拋光，即可制得納米級(jí)片狀銅鋅合金粉。本發(fā)明工藝流程示意圖見圖2，具體工藝過程及參數(shù)為有機(jī)膜制備方法是將硝基纖維含量大于5％的分析純火棉膠用含量大于98.5％的化學(xué)純醋酸正戊脂稀釋，將火棉膠稀溶液倒入水中，形成火棉膠膜。
真空鍍膜在氬氣氣氛下，以超薄有機(jī)膜為襯底進(jìn)行真空鍍膜。真空鍍膜分為真空蒸發(fā)鍍膜或真空濺射鍍膜。
溶解將鍍上了銅鋅合金薄膜的超薄有機(jī)膜浸入常溫下的乙醇溶劑中，以溶劑量完全蓋住銅鋅合金-有機(jī)雙層膜為宜，從而使雙層膜中的超薄有機(jī)膜溶解，此時(shí)銅鋅合金薄膜不溶解。
機(jī)械攪拌強(qiáng)力攪拌機(jī)對(duì)納米合金膜進(jìn)行粉碎，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速在500～2000轉(zhuǎn)/分，將納米級(jí)銅鋅合金膜打碎成粉末狀；離心分離將液固混合物在離心機(jī)中離心分離，離心機(jī)轉(zhuǎn)速在600～2000轉(zhuǎn)/分，待無液體流出后，將納米級(jí)片狀銅鋅合金粉放入攪拌槽，再加入乙醇，使乙醇液面蓋過粉體，然后在攪拌機(jī)中慢速攪拌，將剩余的有機(jī)超薄膜殘片溶解，固液混合物再進(jìn)行離心分離。
干燥采用真空干燥機(jī)進(jìn)行干燥，真空度約600mmHg，溫度70～90℃，干燥時(shí)間10～20分鐘。
表面改性與拋光在滾筒式拋光機(jī)中采用硬脂肪酸對(duì)納米級(jí)片狀銅鋅合金粉進(jìn)行表面包覆改性，并清除粉體表面的少量枝晶，拋光機(jī)內(nèi)裝φ1～3mm的銅球。
本發(fā)明所述粉碎方法可以是強(qiáng)力機(jī)械攪拌或超聲粉碎。
本發(fā)明所述溶解方法溶劑可以是乙醇或丙酮。
本發(fā)明采用緩慢移動(dòng)的由可溶性超薄有機(jī)膜和柔性基體構(gòu)建的表面極其光潔平整的復(fù)合襯底，由于超薄有機(jī)膜襯底表面光滑平整且溫度可調(diào)，淀積原子將沿超薄有機(jī)膜表面運(yùn)動(dòng)而凝結(jié)在超薄有機(jī)膜表面上的穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)位置上，形成結(jié)構(gòu)致密，表面平整光滑的納米膜。本發(fā)明所得的納米級(jí)片狀銅鋅合金粉的所有顆粒厚度均勻，顆粒表面平整光滑，顆粒厚度為30～100nm，顆粒直徑為0.1～3μm，徑厚比為30～900?？筛鶕?jù)不同用戶要求調(diào)整納米級(jí)片狀銅鋅合金粉的組成。


圖1現(xiàn)有銅鋅合金粉制備工藝流程示意圖；圖2本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
1.真空蒸發(fā)鍍膜-粉碎工藝制備納米級(jí)片狀銅鋅合金粉將純度為99.7％的細(xì)銅棒、細(xì)鋅棒以及細(xì)鋁棒按銅91.1％，鋅7.9％，鋁1.0％的比例加入鉭舟中，以備蒸發(fā)鍍膜之用。
將硝基纖維含量大于5％的分析純火棉膠用化學(xué)純醋酸正戊脂(含量大于98.5％)稀釋，使火棉膠含量降至2％。將火棉膠稀溶液倒入水中，水面上方即可形成火棉膠膜。將火棉膠膜于真空烘箱中烘干，或在50℃左右的普通干燥箱中進(jìn)行干燥。
將制好的底膜(即火棉膠膜)放入蒸發(fā)鍍膜機(jī)中，然后抽真空，當(dāng)壓力降至20Pa時(shí)，通入氬氣，待壓力降至10-3Pa并穩(wěn)定20分鐘后，即可蒸發(fā)鍍膜。電流為40A，蒸發(fā)鍍膜8秒。
將鍍上了銅鋅合金的火棉膠膜浸入常溫下的乙醇溶劑中，溶劑以蓋住薄膜為宜，溶解火棉膠膜。20分鐘后，采用強(qiáng)力攪拌機(jī)對(duì)納米合金膜進(jìn)行粉碎，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/分，攪拌10分鐘。
將液固混合物在離心機(jī)中離心分離，離心機(jī)轉(zhuǎn)速在1200轉(zhuǎn)/分。待無液體流出后，停機(jī)。將納米級(jí)片狀銅鋅合金粉取出，放入攪拌槽，再加入乙醇，使乙醇液面蓋過粉體。然后開啟攪拌機(jī)，慢速攪拌10分鐘。固液混合物再進(jìn)行離心分離。
采用真空干燥機(jī)對(duì)納米級(jí)片狀銅鋅合金粉進(jìn)行干燥。真空度約600mmHg，溫度80℃，干燥時(shí)間14分鐘。
在滾筒式拋光機(jī)中采用硬脂肪酸對(duì)納米級(jí)片狀銅鋅合金粉進(jìn)行表面包覆改性和拋光，清除粉體表面的少量枝晶。拋光機(jī)內(nèi)裝φ1～3mm的銅球。
所得納米級(jí)片狀銅鋅合金粉的特性為所有顆粒厚度均勻，平均厚度為42nm，顆粒表面平整光滑，顆粒直徑為0.13～0.7μm，徑厚比為31～167，粉末組成為銅91.0％，鋅8.1％，鋁0.9％，粉末的水面遮蓋力為14m2/g，光反射率為92％。
2.濺射鍍膜-粉碎工藝制備納米級(jí)片狀銅鋅合金粉將圓盤形或長(zhǎng)方形銅鋅合金塊(其化學(xué)組成為銅69.8％，鋅28.9％，鋁1.3％)用金相砂紙打磨，然后用乙醇清洗，在干燥箱中于100℃左右烘干，安裝在濺射鍍膜機(jī)的靶位置，以備濺射鍍膜之用。
將硝基纖維含量大于5％的分析純火棉膠用化學(xué)純醋酸正戊脂(含量大于98.5％)稀釋，使火棉膠含量約2％。將火棉膠稀溶液倒入水中，水面上方即可形成火棉膠膜。將火棉膠膜放入真空烘箱中烘干，或在50℃左右的普通干燥箱中進(jìn)行干燥。
將制好底膜的原料，放入濺射鍍膜機(jī)中，然后抽真空，當(dāng)壓力降至20Pa左右時(shí)，通入氬氣，待壓力降至3Pa并穩(wěn)定20分鐘后，即可濺射鍍膜。濺射鍍膜電壓為1500V，時(shí)間5分鐘。
將鍍上了銅鋅合金的火棉膠膜浸入常溫下的乙醇溶劑中，以乙醇溶劑蓋住薄膜為宜，溶解火棉膠膜。20分鐘后，開啟強(qiáng)力攪拌機(jī)對(duì)納米合金膜進(jìn)行粉碎，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速在1200轉(zhuǎn)/分，攪拌10分鐘左右。
將液固混合物在離心機(jī)中離心分離，離心機(jī)轉(zhuǎn)速在900轉(zhuǎn)/分。待無液體流出后，停機(jī)。將納米級(jí)片狀銅鋅合金粉取出，放入攪拌槽，再加入乙醇，使乙醇液面蓋過粉體。采用攪拌機(jī)，慢速攪拌10分鐘。固液混合物再進(jìn)行離心分離。
采用真空干燥機(jī)對(duì)納米級(jí)片狀銅鋅合金粉進(jìn)行干燥。真空度約600mmHg，溫度84℃，干燥時(shí)間16分鐘。
在滾筒式拋光機(jī)中采用硬脂肪酸對(duì)納米級(jí)片狀銅鋅合金粉進(jìn)行表面包覆改性和拋光，清除粉體表面的少量枝晶。拋光機(jī)內(nèi)裝φ1～3mm的銅球。
所得納米級(jí)片狀銅鋅合金粉的特性為所有顆粒厚度均勻，平均厚度為35nm，顆粒表面平整光滑，顆粒直徑為0.15～1.0μm，徑厚比為43～286，粉末組成為銅69.4％，鋅29.9％，鋁0.7％，粉末的水面遮蓋力為16.2m2/g，光反射率為93％。
權(quán)利要求
1.一種納米級(jí)片狀銅鋅合金粉，其特征在于其重量百分含量為含銅68～93％，含鋅6～30％，含鋁0.2～1.6％。
2.一種上述片狀銅鋅合金粉的制備方法，其特征在于采用真空鍍膜法，將合金元素連續(xù)地沉積到超薄有機(jī)膜襯底上，用溶劑除去有機(jī)超薄膜后，經(jīng)強(qiáng)力機(jī)械攪拌或超聲粉碎使納米級(jí)合金膜轉(zhuǎn)型為納米級(jí)片狀合金粉，再經(jīng)干燥、表面包覆改性、拋光，即可制得納米級(jí)片狀銅鋅合金粉；具體工藝過程及參數(shù)為有機(jī)膜制備方法是將硝基纖維含量大于5％的分析純火棉膠用含量大于98.5％的化學(xué)純醋酸正戊脂稀釋，將火棉膠稀溶液倒入水中，形成火棉膠膜；真空鍍膜在氬氣氣氛下，以超薄有機(jī)膜為襯底進(jìn)行真空鍍膜，真空鍍膜可采用真空蒸發(fā)鍍膜或真空濺射鍍膜；溶解將鍍上了銅鋅合金薄膜的超薄有機(jī)膜浸入乙醇溶劑中，以溶劑量完全蓋住銅鋅合金-有機(jī)雙層膜為宜；機(jī)械攪拌強(qiáng)力攪拌機(jī)對(duì)納米合金膜進(jìn)行粉碎，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速在500～2000轉(zhuǎn)/分，將納米合金膜打碎成粉末狀；離心分離將液固混合物在離心機(jī)中離心分離，離心機(jī)轉(zhuǎn)速在600～2000轉(zhuǎn)/分，待無液體流出后，將納米級(jí)片狀銅鋅合金粉放入攪拌槽，再加入乙醇，使乙醇液面蓋過粉體，然后在攪拌機(jī)中慢速攪拌，將剩余的有機(jī)超薄膜殘片溶解，固液混合物再進(jìn)行離心分離；干燥采用真空干燥機(jī)進(jìn)行干燥，真空度約600mmHg，溫度70～90℃，干燥時(shí)間10～20分鐘；表面改性與拋光在滾筒式拋光機(jī)中采用硬脂肪酸進(jìn)行表面包覆改性及拋光，拋光機(jī)內(nèi)裝φ1～3mm的銅球。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述粉碎方法可以是強(qiáng)力機(jī)械攪拌或超聲粉碎。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述溶解溶劑可以是乙醇或丙酮。
全文摘要
納米級(jí)片狀銅鋅合金粉及其制造方法。片狀銅鋅合金粉重量百分含量為含銅68～93％，含鋅6～30％，含鋁0.2～1.6％。本發(fā)明采用鍍膜法，將銅、鋅等元素連續(xù)地沉積到超薄有機(jī)膜襯底上，用溶劑除去有機(jī)超薄膜后，經(jīng)粉碎為納米級(jí)片狀合金粉，再經(jīng)干燥、表面包覆改性、拋光，即可制得納米級(jí)片狀銅鋅合金粉。本發(fā)明采用緩慢移動(dòng)的由可溶性超薄有機(jī)膜和柔性基體構(gòu)建的表面極其光潔平整的復(fù)合襯底，淀積原子將沿超薄有機(jī)膜表面運(yùn)動(dòng)而凝結(jié)在超薄有機(jī)膜表面上的穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)位置上，形成結(jié)構(gòu)致密，表面平整光滑的納米膜。本發(fā)明所得的納米級(jí)片狀銅鋅合金粉的顆粒厚度均勻，顆粒表面平整光滑，顆粒厚度為30～100nm，顆粒直徑為0.1～3μm，徑厚比為30～900。
文檔編號(hào)C22C9/04GK1616694SQ20031011052
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月14日
發(fā)明者陳振興, 王零森 申請(qǐng)人:中南大學(xué)