本文综述了改性铝粉的制备和应用方面的研究现状和进展。
2 改性铝粉的制备方法
改性铝粉的制备方法很多,主要包括机械化学改性、包覆改性和表面化学改性等。
2。1 机械化学改性
机械化学改性的基本过程是将粉末混合料与研磨介质一起装入高能球磨机进行机械研磨,经过反复形变、破裂和冷焊,以达到破裂和冷焊的平衡,最终形成表面粗糙、内部结构精细的复合粉末。其过程一般可分为4个阶段:(1)物料粉末在球磨的初期产生冷面焊合及局部层状组分的形成;(2)反复的破裂及冷焊过程导致细微粒子的产生,在这个过程中,复合结构进行固相粒子间的扩散及固溶体的形成;(3)层状结构进一步细化,单个粒子进一步转化为混合体系;(4)在最后阶段粒子最大限度畸变为一种亚稳结构。
shoshin等人[12]采用机械化学改性制备了Mg含量为10%~50%的Al-Mg合金粉,表征结果显示,Al与Mg合金化后产物的晶面间距增大,晶粒度由原料铝的>100nm减小到Al0。50Mg0。50的6nm。
2。2 包覆改性
包覆改性是一种较早使用的传统改性方法,它是利用有机物、无机物等对粉末表面进行包膜而达到表面改性目的的方法[13,14]。表面包覆的粉末材料在包覆后可以表现出与未包覆材料不同的物理与化学性质,人们根据不同的目的采用一定的包覆剂对粉末进行处理可以使之表现出所需的性能。粉末包覆改性常用的途径包括:溶胶-凝胶包覆、化学镀包覆、置换包覆、沉积包覆和胶囊包覆等。
2。2。1 溶胶-凝胶包覆
程志鹏[15]采用溶胶-凝胶包覆工艺以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,利用其水解-缩聚反应在铝粉包覆了SiO2膜,其过程为:(1)微米铝粉均匀地分散在醇中,控制加入的TEOS、水和氨水的量,使之形成硅溶胶。由于活性硅具有很高的活性,很容易吸附在铝粉表面,这是个快速的物理吸附过程;(2)在一定温度和浓度下,铝粉表面的硅溶胶缩合成膜。在表层的硅溶胶首先缩合成SiO2膜,随着时间的延长膜层逐渐变厚。
2。2。2 化学镀包覆
与传统的添加惰性粉末的化学镀工艺相比,铝粉施镀的困难在于铝粉的表面活性很大、电位很负。而且铝属两性金属,在酸性和碱性条件下都不稳定,因此铝粉在镀液条件下迅速发生溶解的倾向很大,并易于造成镀液不稳定。与其他粉末材料相比,其镀覆难度较大。通过严格控制工艺条件,刘小娣等[16]采用化学镀在微米级铝粉表面包覆致密的铜层,得到铝为核,铜为壳的核壳包覆式复合粉末;张振华等[17]采用化学镀制备了银包覆铝复合粉末,并详细研究了多种工艺条件过制备过程的影响。
2。2。3 置换包覆
严格来讲,置换包覆仍然属于化学镀包覆的范畴,它是一种特殊类型的化学镀,主要靠电位较低的金属基体向溶液中电位较高的金属离子提供的电子,使其还原成金属单质并沉积在基体粒子的表面,因而又不同于常规的化学镀。置换包覆与普通化学镀包覆相比具有一个明显的优势,即溶液中的金属离子只有接触到基体表面时氧化还原反应才能发生,这样就在很大程度上保证了体系中新生成的包覆粒子会优先沉积在基体的表面而不是散落在基体粒子的周围,从而提高包覆的质量。
由于铝的还原性较强,其标准电极电势为φθAl3+/Al=-1。66 V,而其他金属(比如Cu、Ni与Co)均低于铝的标准电极电势,因此从热力学上判断,在常温常压下用铝还原这些离子是可行的。然而通常铝粉表层有一层致密的Al2O3膜,若发生置换反应,首先必须去除氧化膜使活性铝能够充分暴露在溶液体系中,这往往需要在强酸(碱)性溶液中才能进行。由此带来的问题是,很多金属的标准电极电势都低于氢,酸(碱)性环境中优先进行的将是铝粉的析氢反应而不是置换反应。因此置换包覆制备金属间铝核复合粉末的关键是控制溶液的pH值,使破除Al2O3膜的过程尽可能在近中性的环境中进行来抑制铝粉表面的析氢反应,确保置换反应能够顺利进行[18]。文献综述