本發(fā)明涉及殼層結(jié)構(gòu)粉體，具體涉及一種zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、如今制動(dòng)盤的材料制備方法有很多種，例如：粉末冶金法、攪拌鑄造法和激光熔覆等。激光熔覆技術(shù)有著急冷急熱的特點(diǎn)，可以得到更為細(xì)小的晶粒，可以大幅度提高制動(dòng)盤材料的性能。但是激光熔覆面臨著一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，在激光熔覆的溫度太高，在熔覆過程中會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，可能會(huì)使材料產(chǎn)生裂紋，有研究發(fā)現(xiàn)在熔覆材料中加入具有負(fù)熱膨脹性的材料鎢酸鋯(zrw2o8)可以有效地減小熱應(yīng)力，從而抑制裂紋的萌生。

2、但是zrw2o8在800℃左右就會(huì)分解為zro2和wo4，如果想要zrw2o8在激光熔覆作用下仍然能夠具有這種負(fù)熱膨脹的作用，就需要抑制zrw2o8的分解，本發(fā)明擬在zrw2o8表面包裹一層耐熱抗高溫的材料，以期能夠吸收或者隔絕激光熔覆產(chǎn)生的大量熱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體及其制備方法，該雙殼層結(jié)構(gòu)粉體能夠緩解鎢酸鋯受熱分解，并且能夠與激光熔覆所用金屬相結(jié)合良好。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體，其為核殼結(jié)構(gòu)，且具有雙殼層結(jié)構(gòu)，即內(nèi)核之外依次包覆內(nèi)殼層和外殼層；其中：內(nèi)核為各向異性的負(fù)熱膨脹材料鎢酸鋯(zrw2o8)，內(nèi)殼層為具有耐高溫、低熱膨脹和高硬度的氧化鋯(zro2)，外殼層為對(duì)陶瓷和金屬具有良好潤(rùn)濕性的金屬銅。

4、進(jìn)一步地，所述鎢酸鋯(zrw2o8)的尺寸為6-26μm，鎢酸鋯包覆氧化鋯(zrw2o8@zro2)后的zro2內(nèi)殼層厚度為2-6μm，zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的cu外殼層厚度為2-4μm。

5、進(jìn)一步地，所述zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的制備方法，包括如下步驟：

6、(1)制備鎢酸鋯懸濁液：

7、用量筒量取適量正丁醇鋯，將其加入盛有鎢酸鋯粉末的燒杯中并攪拌10-15min，隨后將燒杯放入超聲清洗機(jī)中進(jìn)行超聲分散，再經(jīng)攪拌后獲得穩(wěn)定的鎢酸鋯懸濁液；

8、(2)制備氧化鋯包覆鎢酸鋯粉體：

9、在磁力攪拌條件下在盛放有鎢酸鋯懸濁液的燒杯中緩慢滴加去離子水，使正丁醇鋯發(fā)生水解反應(yīng)，生成的氫氧化鋯包裹在鎢酸鋯表面，反應(yīng)完成后對(duì)所得混合物料進(jìn)行真空抽濾，先用酒精抽濾洗去未水解的正丁醇鋯，再用去離子水抽濾洗去剩余的酒精；將抽濾后所得的固態(tài)產(chǎn)物經(jīng)干燥處理后獲得復(fù)合粉體前驅(qū)體；所述復(fù)合粉體前驅(qū)體在馬弗爐中進(jìn)行煅燒處理，以使氫氧化鋯分解成氧化鋯，獲得zrw2o8@zro2塊狀結(jié)構(gòu)，在研缽中研磨即得到氧化鋯包覆的鎢酸鋯粉體(zrw2o8@zro2粉體)；

10、(3)制備zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體：

11、將步驟(2)制備的氧化鋯包覆鎢酸鋯粉體(zrw2o8@zro2粉體)在鹽酸溶液中進(jìn)行酸化處理后，再進(jìn)行敏化與活化處理，活化處理后的粉末在銅鍍液中進(jìn)行銅的包覆，完成后用去離子水以及酒精清洗，然后將其放入真空干燥箱進(jìn)行干燥，獲得所述zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體。

12、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述鎢酸鋯粉末粒徑為6-26μm，外觀為光滑不規(guī)則的多面體結(jié)構(gòu)。

13、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述正丁醇鋯與鎢酸鋯粉末的比例為(20-40)ml：(2-4)g；在超聲清洗機(jī)中超聲分散時(shí)間為10-30min，超聲分散后的攪拌時(shí)間為5-10min。

14、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述磁力攪拌在恒溫加熱磁力攪拌機(jī)中進(jìn)行，攪拌時(shí)間1.5-2.5h，攪拌溫度設(shè)置為30-50℃，加入去離子水的體積為正丁醇鋯體積的3％～15％。

15、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述真空抽濾在真空抽濾機(jī)中進(jìn)行，先在酒精沖洗條件下抽濾3-5次，再在去離子水沖洗條件下抽濾3-5次。

16、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述干燥處理在真空干燥箱中進(jìn)行，干燥時(shí)間為8-10h，干燥溫度50-60℃。

17、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述煅燒處理的溫度為450-550℃，煅燒時(shí)間為3.5-4.5h，煅燒后粉末自然冷卻至室溫，用研缽進(jìn)行研磨。

18、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述酸化處理是指將氧化鋯包覆鎢酸鋯粉體置于濃度10wt.％的鹽酸中浸泡0.5-1h；所述敏化處理用的敏化液為氯化亞錫溶液，敏化時(shí)間10-20min；所述活化處理用的活化液為氯化鈀溶液，活化時(shí)間10-20min；活化后的粉末放入銅鍍液中進(jìn)行鍍銅，發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成一層致密的銅殼結(jié)構(gòu)，鍍銅結(jié)束之后先用去離子水?dāng)嚢枨逑?-5次，再用無水乙醇攪拌清洗2-3次；最后在真空干燥箱于50-60℃干燥2-4h。

19、進(jìn)一步地，所述氯化亞錫溶液(敏化液)中，氯化亞錫(sncl2·h2o)20g/l，鹽酸(hcl)40ml/l，其余為水；

20、進(jìn)一步地，所述氯化鈀溶液(活化液)中，氯化鈀(pdcl2)0.25g/l，鹽酸(hcl)2.5ml/l，其余為水；

21、進(jìn)一步地，所述銅鍍液組成為：五水硫酸銅(cuso4·5h2o)16-20g/l，酒石酸鉀鈉(knac4h4o6·4h2o)20-25g/l，edta-2na?25-30g/l，氫氧化鈉(naoh)12-20g/l，甲醛12-20ml/l，其余為水。

22、進(jìn)一步地，該zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體應(yīng)用于激光熔覆中，將其加入所用熔覆材料中；該雙殼層結(jié)構(gòu)粉體可以較好地保護(hù)其鎢酸鋯的負(fù)熱膨脹性，降低鎢酸鋯在熔覆及焊接過程中的損耗，減小金屬熔覆、焊接過程中的熱膨脹性能，進(jìn)而可以減少部分材料在急冷急熱環(huán)境下產(chǎn)生的應(yīng)力造成的裂紋。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢(shì)：

24、1、本發(fā)明制備的zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體可以在一定程度上降低熔覆材料因快速溫度變化產(chǎn)生的裂紋，并且在一定程度上提高了陶瓷相與金屬相界面結(jié)合性較差的性能。

25、2、本發(fā)明采用的是在zrw2o8粉體上包覆一層zro2顆粒，形成zrw2o8@zro2核殼式結(jié)構(gòu)。主要目的是讓zro2殼體保護(hù)核心結(jié)構(gòu)zrw2o8，保護(hù)其負(fù)熱膨脹性能，zro2殼體能夠起到隔絕、吸收熱量的作用。但是外層的zro2為陶瓷結(jié)構(gòu)，與金屬之間的界面結(jié)合性較差，為了能夠讓zrw2o8@zro2核殼式結(jié)構(gòu)能夠更好的與金屬材料結(jié)合，在zrw2o8@zro2核殼式結(jié)構(gòu)表面再包覆一層銅殼，可以起到潤(rùn)濕金屬，解決金屬相與陶瓷相界面結(jié)合性以及分散均勻性較差的問題。

技術(shù)特征：

1.一種zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體，其特征在于：該粉體為核殼結(jié)構(gòu)，且具有雙殼層結(jié)構(gòu)，即內(nèi)核之外依次包覆內(nèi)殼層和外殼層；其中：內(nèi)核為各向異性的負(fù)熱膨脹材料鎢酸鋯(zrw2o8)，內(nèi)殼層為具有耐高溫、低熱膨脹和高硬度的氧化鋯(zro2)，外殼層為對(duì)陶瓷和金屬具有良好潤(rùn)濕性的金屬銅。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體，其特征在于：所述鎢酸鋯(zrw2o8)的尺寸為6-26μm，鎢酸鋯包覆氧化鋯(zrw2o8@zro2)后的zro2內(nèi)殼層厚度為2-6μm，zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的cu外殼層厚度為2-4μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的制備方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述鎢酸鋯粉末粒徑為6-26μm，外觀為光滑不規(guī)則的多面體結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，所述正丁醇鋯與鎢酸鋯粉末的比例為(20-40)ml：(2-4)g；在超聲清洗機(jī)中超聲分散時(shí)間為10-30min，超聲分散后的攪拌時(shí)間為5-10min。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，所述磁力攪拌在恒溫加熱磁力攪拌機(jī)中進(jìn)行，攪拌時(shí)間1.5-2.5h，攪拌溫度設(shè)置為30-50℃，加入去離子水的體積為正丁醇鋯體積的3％～15％。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的制備方法，其特征在于：步驟(3)中，所述酸化處理是指將氧化鋯包覆鎢酸鋯粉體置于濃度10wt.％的鹽酸中浸泡0.5-1h；所述敏化處理用的敏化液為氯化亞錫溶液，敏化時(shí)間10-20min；所述活化處理用的活化液為氯化鈀溶液，活化時(shí)間10-20min；活化后的粉末放入銅鍍液中進(jìn)行鍍銅，發(fā)生氧化還原反應(yīng)形成一層致密的銅殼結(jié)構(gòu)，鍍銅結(jié)束之后先用去離子水?dāng)嚢枨逑?-5次，再用無水乙醇攪拌清洗2-3次；最后在真空干燥箱于50-60℃干燥2-4h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的制備方法，其特征在于：所述氯化亞錫溶液(敏化液)中，氯化亞錫(sncl2·h2o)20g/l，鹽酸(hcl)40ml/l，其余為水；

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的應(yīng)用，其特征在于：該zrw2o8@zro2-cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體應(yīng)用于激光熔覆中，將其加入所用熔覆材料中；該雙殼層結(jié)構(gòu)粉體可以較好地保護(hù)其鎢酸鋯的負(fù)熱膨脹性，降低鎢酸鋯在熔覆及焊接過程中的損耗，減小金屬熔覆、焊接過程中的熱膨脹性能，進(jìn)而可以減少部分材料在急冷急熱環(huán)境下產(chǎn)生的應(yīng)力造成的裂紋。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種ZrW<subgt;2</subgt;O<subgt;8</subgt;@ZrO<subgt;2</subgt;?Cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體及其制備方法和應(yīng)用，屬于殼層結(jié)構(gòu)粉體技術(shù)領(lǐng)域。該雙殼層結(jié)構(gòu)粉體的內(nèi)核之外依次包覆內(nèi)殼層和外殼層；其中：內(nèi)核為各向異性的負(fù)熱膨脹材料鎢酸鋯(ZrW<subgt;2</subgt;O<subgt;8</subgt;)，內(nèi)殼層為具有耐高溫、低熱膨脹和高硬度的氧化鋯(ZrO<subgt;2</subgt;)，外殼層為對(duì)陶瓷和金屬具有良好潤(rùn)濕性的金屬銅。本發(fā)明選用具有耐高溫/低熱膨脹系數(shù)的氧化鋯作為保護(hù)鎢酸鋯高溫?fù)]發(fā)和相變的內(nèi)殼層材料；鑒于改善氧化鋯的致密性和陶瓷/金屬的潤(rùn)濕性，選用金屬/陶瓷高潤(rùn)濕性的Cu作為外殼層材料，從而制備出可應(yīng)用于金屬熔覆、焊接的ZrW<subgt;2</subgt;O<subgt;8</subgt;@ZrO<subgt;2</subgt;?Cu雙殼層結(jié)構(gòu)粉體。

技術(shù)研發(fā)人員：隋琦,張洪燦,王帥,孟慶龍,許儲(chǔ)麒,楊秉潤(rùn),何詩(shī)雨,姜碩,曹凌峰,付文博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22