一種製備鐵‑鈷合金軟磁粉的電解液的製作方法

2024-02-07 13:17:15

本發明涉及一種製備鐵-鈷合金軟磁粉的電解液，特別是用於超聲-電沉積耦合制鐵-鈷合金軟磁體的電解液，屬於功能金屬合金材料和軟磁材料製備技術領域。

背景技術：

鐵-鈷合金作為一種軟磁材料具有較低的磁致伸縮和矯頑力、較高的電阻率、很高磁飽和強度、較高的居裡溫度以及磁各向異性等。這些性能使其在磁記錄材料、微波吸收材料、硬質合金材料、生物技術、催化觸媒材料等眾多領域有著廣泛的應用。

鐵-鈷合金粉體中鐵含量在30％-70％(摩爾百分數)、粒徑在1μm-100μm的粉體具有廣泛的應用領域。現有製備技術主要有化學法、機械破碎法、電沉積法等。其中電沉積法是在較低濃度的金屬離子溶液中，採用陰極還原技術電化學沉積得到合金，及時將在陰極還原得到的金屬粉脫離陰極板，從而得到金屬粉體。

用電沉積法製備鐵-鈷合金粉體主要存在以下問題：

(1)如何有效控制所製得的鐵-鈷合金的組成，實現鐵-鈷合金組成和粒度的調控。

(2)通常電沉積製備的鐵-鈷合金粉在電極上為鬆散結構，電極會很快失去活性，故很難連續進行。

(3)如何將沉積在電極上的金屬粉從電極上剝離是電沉積製備粉體材料需解決的重要技術問題。

(4)在大電流密度下，雖然沉積速率高，但存在沉積電流效率低的問題，而且製得的沉積產物粒徑大的問題。

(5)為了滿足產物的使用要求，通常要求粒徑在1μm-100μm，但是採用電沉積製備鐵-鈷合金粉難以滿足粒度要求。

超聲-電沉積耦合是有效解決以上問題的技術。利用超聲空化所產生的高速微射流可強化傳遞過程，降低邊界層厚度，減小極化。另外，超聲波還可以降低電沉積過程中顆粒的團聚，使粒度均勻。

採用超聲-電沉積耦合技術制鐵-鈷合金軟磁粉仍然存在以下問題：

(1)如何有效控制超聲-電沉積耦合制鐵-鈷合金粉過程中電解液的組成，獲得組成相對穩定和滿足連續操作的電解液。

(2)如何防止所製得的鐵-鈷合金粉的氧化。

(3)如何解決所製得的鐵-鈷合金粉的團聚問題。

因此，研發滿足超聲-電沉積耦合制鐵-鈷合金軟磁粉需要的電解液具有非常重要的意義。

技術實現要素：

本發明的目的在於製備一種電解液，以滿足超聲-電沉積耦合連續化製備鐵-鈷合金軟磁粉過程的要求，獲得組成、粒度及形貌可控的鐵-鈷合金軟磁粉，同時滿足其後處理、存儲以及使用的要求。

實現上述目的技術方案是：

本發明涉及一種製備鐵-鈷合金軟磁粉的電解液，特別是用於超聲-電沉積耦合制鐵-鈷合金軟磁體的電解液。該電解液以硫酸亞鐵和硫酸鈷作為製備鐵-鈷合金的前驅體，三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸作為緩衝劑，烷基糖苷作為鐵-鈷合金粉體的分散劑，烷基糖苷和三氟甲基磺酸鹽作為鐵-鈷合金粉體的表面保護劑，水作為溶劑。電解液中fe2+、co2+的濃度分別在0.01-0.40mol·l-1之間，三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸的濃度分別在0.10mol·l-1-0.40mol·l-1之間，三氟甲基磺酸鹽與檸檬酸的摩爾比為1.0:(1.2-2.0)，烷基糖苷的添加量為電解液質量百分含量的0.1％-1.0％。

進一步，其特徵在於，所述三氟甲基磺酸鹽為三氟甲基磺酸鋰、三氟甲基磺酸鈉、三氟甲基磺酸鉀中的任意一種或者任意組合。

進一步，其特徵在於，所述的烷基糖苷為辛烷基葡糖苷、癸烷基聚葡萄糖苷、十二烷基糖苷、十四烷基糖苷、十六烷基葡萄糖苷、十八烷基糖苷中的任意一種或任意的組合，所述烷基糖苷的葡萄糖聚合度為1.6-2.0。

本發明採用的技術原理：

(1)選用三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸作為緩衝劑，同時檸檬酸根與金屬離子有較強的配位作用，一方面可縮小金屬離子間的電極電位差，另一方面可穩定亞鐵離子防止其被氧化成三價的鐵離子，有利於鈷和鐵的共沉積。

(2)在電解液中添加烷基糖苷表面活性劑，利用表面活性劑的成膜作用，可以實現超聲-電沉積耦合制鐵-鈷合金軟磁粉過程中粉體形貌和粒度的調控；表面活性劑在粉體的後處理過程中，還可以防止顆粒團聚；同時也可以防止金屬的氧化。

(3)鐵-鈷合金軟磁粉在乾燥、存儲以及使用時，為了防止粉體表面的氧化，常使用表面保護試劑進行保護。因此，在電解液中添加三氟甲基磺酸鹽和烷基糖苷可以對鐵-鈷合金軟磁粉起到表面保護作用。

(4)在電解液配製過程中，首先將水、三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸混合，獲得具有偏酸性的水溶液；然後加入主鹽硫酸亞鐵和硫酸鈷混合成溶液，可以防止主鹽水解析出，形成穩定的水溶液；最後加入烷基糖苷表面活性劑，為形成穩定的電解液以及保護沉積產物創造條件。

本發明的優點體現在：

(1)本發明的電解液針對超聲-電沉積耦合制鐵-鈷合金粉體的特殊性，特別是在電解液中添加了三氟甲基磺酸鹽和烷基糖苷，利用三氟甲基磺酸鹽和烷基糖苷在系統中特殊性，通過電化學沉積-超聲剝離耦合技術以及顆粒分散-表面保護技術，使鐵-鈷合金粉體的製備不僅工藝簡單，而且可實現產物的組成、粒度及形貌的調控。

(2)選用三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸作為緩衝劑，可以使電解液在電沉積過程中ph值穩定，而且可以使電解液處在弱酸條件下，滿足了電沉積過程的要求。

(3)將烷基糖苷表面活性劑作為電化學沉積過程的添加劑，該添加劑的加入有利於改善並調控鐵-鈷合金軟磁粉的形貌；添加劑還可以提高合金粉的分散性，避免合金粉的團聚，有效控制了合金的粒度。

(4)在有氧存在的情況下，鐵-鈷合金粉體易被氧化，該電解液中添加烷基糖苷、三氟甲基磺酸鹽可以防止金屬的氧化，不僅為產物的保護和後期使用提供了有利條件，而且改善了產物的性能。

具體實施方式

下面結合具體實施例，對本發明作進一步的說明。

實施例1

電解液的配製：首先在釜式攪拌電解液配製設備中，將水、三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸進行混合；然後在該溶液中加入主鹽硫酸亞鐵和硫酸鈷混合成溶液；最後添加烷基糖苷表面活性劑。

製得的電解液組成：fe2+、co2+濃度分別為0.01和0.40mol·l-1，三氟甲基磺酸鋰和檸檬酸分別為0.10mol·l-1和0.40mol·l-1，以辛烷基葡糖苷為表面活性劑，其葡萄糖聚合度為1.6，添加量為電解液質量百分含量的0.1％。

採用該電解液制鐵-鈷合金軟磁粉的操作步驟如下：

(1)基體電極的預處理

將基體電極進行拋光打磨、洗滌除油、清洗、乾燥。

(2)超聲-電沉積耦合制鐵-鈷合金軟磁粉

將上一步製得的基體電極置於配製好的電解液中，以銅板為陰極、鎳板為陽極，在超聲作用下進行恆電流電沉積。操作電流密度為20ma·cm-2，操作溫度為25℃，電沉積時間為60min，超聲頻率為55khz。將含有鐵-鈷合金粉體的電解液進行固液分離，固相物料經過水洗以及乙醇洗滌後置於真空乾燥箱中，在80℃下將物料乾燥至恆重，得到鐵-鈷合金軟磁粉。

實施例2

電解液的配製：首先在管式電解液配製設備中，將水、三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸進行混合；然後在該溶液中加入主鹽硫酸亞鐵和硫酸鈷混合成溶液；最後添加烷基糖苷表面活性劑。

製得的電解液組成：：fe2+、co2+濃度分別為0.10和0.20mol·l-1，三氟甲基磺酸鈉和檸檬酸分別為0.20mol·l-1和0.40mol·l-1，以十二烷基糖苷為表面活性劑，其葡萄糖聚合度為2.0，添加量為電解液質量百分含量的0.6％。

採用該電解液制鐵-鈷合金軟磁粉的操作步驟如下：

(1)基體電極的預處理

將基體電極進行拋光打磨、洗滌除油、清洗、乾燥。

(2)超聲-電沉積耦合制鐵-鈷合金軟磁粉

將上一步製得的基體電極置於配製好的電解液中，分別以鎳板作為陰極和陽極，在超聲作用下進行恆電流電沉積。操作電流密度為20ma·cm-2，操作溫度為35℃，電沉積時間為40min，超聲頻率為55khz。將含有鐵-鈷合金粉體的電解液進行固液分離，固相物料經過水洗以及乙醇洗滌後置於真空乾燥箱中，在80℃下將物料乾燥至恆重，得到鐵-鈷合金軟磁粉。

實施例3

電解液的配製：首先在靜態混合電解液配製設備中，將水、三氟甲基磺酸鹽和檸檬酸進行混合；然後加入主鹽硫酸亞鐵和硫酸鈷混合成溶液；最後添加烷基糖苷表面活性劑。

製得的電解液組成：fe2+、co2+濃度分別為0.2mol·l-1和0.40mol·l-1，三氟甲基磺酸鉀和檸檬酸分別為0.20mol·l-1和0.30mol·l-1，以十四烷基糖苷為表面活性劑，其葡萄糖聚合度為1.8，添加量為電解液質量百分含量的0.8％。

採用該電解液制鐵-鈷合金軟磁粉的操作步驟如下：

(1)基體電極的預處理

將基體電極進行拋光打磨、洗滌除油、清洗、乾燥。

(2)超聲-電沉積耦合制鐵-鈷合金軟磁粉

將上一步製得的基體電極置於配製好的電解液中，以銅板為陰極、鎳板為陽極，在超聲作用下進行恆電流電沉積。操作電流密度為30ma·cm-2，操作溫度為35℃，電沉積時間為30min，超聲頻率為55khz。將含有鐵-鈷合金粉體的電解液進行固液分離，固相物料經過水洗以及乙醇洗滌後置於真空乾燥箱中，在80℃下將物料乾燥至恆重，得到鐵-鈷合金軟磁粉。

本發明不限於上述實施例，凡採用等同替換或等效替換形成的技術方案均屬於本發明要求保護的範圍。除上述各實施例，本發明的實施方案還有很多，凡採用等同或等效替換的技術方案，均在本發明的保護範圍之內。