CN108231314B - 一种铁基非晶合金粉末及生产方法 - Google Patents

一种铁基非晶合金粉末及生产方法 Download PDF

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Abstract

一种铁基非晶态粉末及其制备方法，粉末合金成分为Fe 40‑95 wt%，合金元素为可以与铁一起电沉积的元素，如P、Ni、Cr、Co、Mo、W、Re等中一种或多种元素的组合。铁基非晶合金粉末制备工艺：（1）金属基板被镀表面的预处理：金属基板被镀表面可采用机械或化学方法除锈、脱脂；（2）电镀液组成：亚铁盐（硫酸亚铁、氯化亚铁或两者的混合物），中强酸、络合剂、还原剂、合金元素添加剂；（3）采用电刷镀方法制备非晶合金镀层，施镀温度为30‑70℃，镀液Ph值小于1；（4）非晶合金镀层的剥离；（5）非晶合金颗粒的球磨；（6）非晶合金粉末的筛分。

Description

一种铁基非晶合金粉末及生产方法
技术领域
本发明涉及一种非晶合金粉末，尤其是涉及一种铁基非晶合金粉末及生产方法。
背景技术
随着电子电力、通信工业的发展，电子元器件向小型化、高频化和大电流方向发展，而且对电子设备的电磁兼容性能的要求也越来越高，传统的非晶带材铁芯、软磁铁氧体及金属磁粉芯等不能满足需求，应用受到限制。主要表现在：(1) 非晶带材铁芯在高频工作时感应涡流导致损耗很大，限制其在高频领域的应用；(2) 软磁铁氧体高频损耗低，但是饱和磁感应强度和磁导率低，不能满足小型化和大电流的发展需求；(3) 金属磁粉芯存在着高频损耗高、直流叠加特性差或者价格昂贵等问题，限制了其应用范围。非晶磁性粉末由于其优异的软磁性能，可以满足各种电子元器件稳定化、小型化、高频化、大电流、高功率的需求，能极大促进汽车、电子、航空航天领域等高新技术行业的发展。
到目前为止，非晶合金粉末的制备工艺主要有水雾法、气雾法以及使用非晶薄带破碎制粉的工艺。水雾法具有大的冷却速率，可满足制备非晶态粉末的要求。然而，在水雾化过程中，所获得的粉末易形成氧化物，氧含量高，再者当熔融金属凝固时，产生的水蒸气会覆盖在熔融金属的周围。由于该水蒸气膜的存在导致冷却强度降低，所以会阻碍熔融液滴中心部分的急剧冷却。从而使粉末中心部分不能获得非晶态结构的问题，影响器件性能。气雾法由于冷却强度受限，只能制备非晶形成能力强的非晶合金粉末，且生产成本高。直接破碎法的优点在于对物料的选择性不强，材料利用率高，但需对非晶薄带进行脆化退火，很容易由于退火不均造成薄带内部晶化转变的不均匀，而且在破碎后容易产生带有锐角的粉末颗粒，为粉末的后续加工带来困难。这后两类方法都需要材料具有较强的非晶形成能力。
而与液态急冷法、溅射法制备非晶合金材料相比，电镀法制备非晶合金材料更为经济，应用范围也更为广阔。电刷镀镀层的形成从本质上讲和电镀相同，都是溶液中的金属离子在负极（工件）上放电结晶的过程。但是和电镀相比，电刷镀中镀笔和工件有相对运动，因而被镀表面不是整体同时发生金属离子还原结晶，而是被镀表面各点在镀笔与其接触时发生瞬间放电结晶。因此，电刷镀技术在工艺方面有其独特之处，其特点可归纳如下：
1、设备简单，不需要镀槽，便于携带，适用于野外及现场修复。尤其对于大型、精密设备的现场不解体修复更具有实用价值；
2、工艺简单，操作灵活，不需要镀的部位不要用很多的材料保护；
3、操作过程中，阴极与阳极有相对运动，故允许使用较高的电流密度，它比槽镀使用的电流密度大几倍到几十倍；
4、镀液中金属离子含量高，所以镀积速度快（比槽镀快5倍～10倍）；
5、有不同型号的镀笔，并配有形状不同、大小不一的不溶阳极，对各种不同几何形状及结构复杂的零部件都可修复；
6、费用低，经济效益大。
发明内容
基于上述问题，本发明提供了一种铁基非晶合金粉末及生产方法，该方法能够制备非晶合金材料组元构成及比例选择范围更广的铁基非晶合金粉末。
本发明的铁基非晶/合金粉末成分为：Fe40-95 wt %，合金元素为可以与铁一起电沉积的元素，如P、Ni、Cr、Co、Mo、W、Re等中一种或多种元素的组合。
本发明铁基非晶合金粉末的生产方法，包括以下步骤：
（1）金属基板被镀表面的预处理：金属基板被镀表面可采用机械或化学方法除锈、脱脂；
（2）电镀液组成：亚铁盐（硫酸亚铁、氯化亚铁或两者的混合物）1.5-4mol/L（优选2.5-3mol/L），中强酸0.2-1mol/L、络合剂0.5-5g/L、还原剂0.5-3g/L、合金元素添加剂0.2-2mol/L、水余量；
上述合金元素添加剂中镍以硫酸镍或氯化镍、铬以铬酐、钼以钼酸钠、钴以硫酸钴、钨以钨酸钠、磷以次磷酸钠或亚磷酸、Re以Re可溶盐的形式添加；
上述中强酸包括硼酸、磷酸、柠檬酸等；
上述络合剂包括酒石酸、十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸盐等；
上述还原剂包括碘离子、铁粉、抗坏血酸等；
（3）非晶合金镀层的制备：采用电刷镀方法制备非晶合金镀层，阳极采用石墨，电极的电流密度为0.4-1.5A/mm2（优选0.8-1.2 A/mm2），电极相对运动速度为5-20m/min（优选10-15m/min），施镀温度为30-70℃，镀液Ph值小于1；
（4）采用机械或物理的方法，如压延、喷丸、刮擦等方法使镀层脱落；
（5）非晶合金颗粒的球磨，将剥落的非晶颗粒在真空或惰性气体保护条件下进行球磨，球磨可采用球磨机、行星式球磨机等；
（6）非晶合金粉末的筛分，采用不同粗细的筛子，筛分成不同粗细的铁基非晶合金粉末。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.与气雾法和直接破碎法相比，本工艺具有设备投资少、工艺简单等特点；
2.与水雾法相比，粉末不会产生氧化和部分非晶化的问题；
3.与直接破碎法相比，由于采用PH值较小条件下沉积，致使镀层内产生了较大的内应力和较多孔隙，镀层无需脆化退火破碎，且也不会产生带有锐角的粉末颗粒；
4.与电镀+破碎法制备非晶合金粉末而言，由于电刷镀电极间存在着较大的相对速度，故元素沉积速度可以更快，非晶合金粉末的生产效率可以大大提高；
5.相比制备镀层而言，因为本发明对镀层应力和表面质量没有要求，因此可采用更大的电流密度，既提高了非晶合金镀层的制备速度，也有利于获得更疏松和具有更大内应力的非晶合金镀层，从而更易对非晶合金镀层进行机械剥离；
6.本方法无需考虑材料的非晶形成能力，可通过调整电镀液各主要成分的浓度配比，可获得不同构成和比例的非晶合金粉末，因此，本方法的适用性更为广泛，可操作性更强，可满足不同场合的性能要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1 Fe-P非晶合金粉末的制备
本实施例非晶粉末Fe含量的94.9wt%，P含量为复合镀层的5.1wt%。
其制备工艺，包括以下步骤：
（1）金属基板表面的预处理：金属基板选用45号钢板，被镀表面先经机械加工，然后在20wt%氢氧化钠溶液清洗10min去除油脂；
（2）电镀液组成：氯化亚铁2 mol/L，硫酸亚铁0.5mol/L，硼酸45g/L，次磷酸钠30g/L，碘化钾0.8g/L、十二烷基苯磺酸钠0.8g/L；
（3）非晶镀层的制备：采用电刷镀方法制备非晶合金镀层，阳极采用石墨，电极的电流密度为0.8A/mm2，电极相对运动速度为10m/min，施镀温度为45℃，镀液Ph值0.5；
（4）非晶镀层的剥离：采用刮擦法剥离镀层；
（5）非晶颗粒的球磨：采用行星球磨机球磨，非晶粉末充氩气保护，球磨5h，球料比为5:1；
（6）非晶合金粉末的筛分：采用200目和400目分筛，其中大于200目粉末所占比例为27%，200-400目粉末所占比例为39%，小于400目粉末所占比例为34%。
实施例2 Fe-Ni-P非晶合金粉末的制备
本实施例Fe-Ni-P非晶合金粉末的制备，粉末Fe含量81.3wt%，Ni含量为复合镀层的10.2wt%，P含量为6.4wt%。
其制备工艺，包括以下步骤：
（1）金属基板表面的预处理：金属基板选用45号钢板，被镀表面先后经铣、磨加工，然后在20wt%氢氧化钠溶液清洗10min去除油脂；
（2）电镀液组成：氯化亚铁2.3mol/L，硫酸镍0.4mol/L，磷酸50ml/L，次磷酸钠45g/L，碘化钾1g/L，酒石酸0.5g/L；
（3）非晶镀层的制备：采用电刷镀方法制备非晶合金镀层，阳极采用石墨，电极的电流密度为1A/mm2，电极相对运动速度为10m/min，施镀温度为55℃，镀液Ph值0.8；
（4）采用轧制压延法剥离非晶合金镀层；
（5）非晶颗粒的球磨：采用行星球磨机球磨，非晶粉末充氩气保护，球磨8h，球料比为3:1；
（6）非晶合金粉末的筛分：采用200目和400目筛子分筛，其中大于200目粉末所占比例为33%，200-400目粉末所占比例为43%，小于400目粉末所占比例为24%。

Claims (1)

1.一种铁基非晶合金粉末及生产方法，其特征在于：粉末合金成分为Fe40-95 wt %，合金元素为与铁一起电沉积的元素，所述合金元素为P、Ni、Cr、Co、Mo、W、Re中的一种或多种元素的组合；
铁基非晶合金粉末由以下方法生产：
（1）金属基板被镀表面的预处理：
金属基板被镀表面采用机械或化学方法除锈、脱脂；
（2）电镀液组成：硫酸亚铁、氯化亚铁或两者的混合物1.5-4mol/L、中强酸0.2-1mol/L、络合剂0.5-5g/L、还原剂0.5-3g/L、合金元素添加剂0.2-2mol/L、水余量；
所述合金元素添加剂中镍以硫酸镍或氯化镍、铬以铬酐、钼以钼酸钠、钴以硫酸钴、钨以钨酸钠、磷以次磷酸钠或亚磷酸、Re以Re可溶盐的形式添加；
所述中强酸包括硼酸、磷酸、柠檬酸；
所述络合剂包括酒石酸、十二烷基苯磺酸钠、柠檬酸盐；
所述还原剂包括碘离子、铁粉、抗坏血酸；
（3）非晶合金镀层的制备，电刷镀工艺参数为：
阳极采用石墨，电极的电流密度为0.4-1.5A/mm2，电极相对运动速度为5-20m/min，施镀温度为30-70℃，镀液pH 值小于1；
（4）采用机械的方法，如压延、喷丸、刮擦方法使非晶合金镀层脱落；
（5）非晶合金颗粒的球磨；
（6）筛分成不同粗细的铁基非晶合金粉末。
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