RU2023059C1 - Electrolyzer for obtaining metallic powders by electrolysis in double-bed bath - Google Patents
Electrolyzer for obtaining metallic powders by electrolysis in double-bed bath Download PDFInfo
- Publication number
- RU2023059C1 RU2023059C1 SU4920664A RU2023059C1 RU 2023059 C1 RU2023059 C1 RU 2023059C1 SU 4920664 A SU4920664 A SU 4920664A RU 2023059 C1 RU2023059 C1 RU 2023059C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spiral
- cathode
- electrolyzer
- diameter
- electrolysis
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к устройствам для получения высокодисперсных металлических порошков методом электролиза, которые могут применяться как высоко- эффективные носители информации для магнитной записи, компоненты магнитных материалов различного назначения (магнитные лаки, смазки, клеи, постоянные магниты). The invention relates to powder metallurgy, in particular to devices for producing highly dispersed metal powders by electrolysis, which can be used as highly efficient media for magnetic recording, components of magnetic materials for various purposes (magnetic varnishes, lubricants, adhesives, permanent magnets).
Известен двухслойный электролизер с катодом, рабочий элемент которого выполнен в виде полого, коаксиально расположенного на валу цилиндра с ребрами различной формы на наружной поверхности, выполненными из диэлектрического или проводящего материала. Существенными недостатками данной конструкции являются значительная полидисперсность получаемых металлических порошков и невозможность получения частиц со средним размером менее 0,5 мкм. Known two-layer electrolyzer with a cathode, the working element of which is made in the form of a hollow, coaxially located on the shaft of the cylinder with ribs of various shapes on the outer surface, made of dielectric or conductive material. Significant disadvantages of this design are the significant polydispersity of the resulting metal powders and the inability to obtain particles with an average size of less than 0.5 microns.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является двухслойный электролизер для получения высокодисперсных металлических порошков. Электролизер содержит катод, рабочий элемент которого выполнен в виде спирали, свободно опирающейся на вал. Передача вращательного движения от вала на спираль осуществляется благодаря наличию трения между валом и рабочим элементом. The closest to the invention in terms of technical nature and the achieved effect is a two-layer electrolyzer for producing highly dispersed metal powders. The cell contains a cathode, the working element of which is made in the form of a spiral, freely resting on the shaft. The transmission of rotational motion from the shaft to the spiral is due to the presence of friction between the shaft and the working element.
Рабочий элемент прототипа в виде цилиндрической спирали, свободно опирающейся внутренней поверхностью на вращающийся вал, установленный на две опоры, снабженный скользящим контактом, приводящийся во вращение посредством муфты от электродвигателя, помещается в двухслойную электролитическую ванну таким образом, что поверхность спирали во время вращения периодически проходит органический слой и электролит. Во время электролиза на рабочей поверхности вращающегося катода образуется дисперсный порошок металла, который флотируется в верхний органический слой и концентрируется в нем. The working element of the prototype in the form of a cylindrical spiral, freely supported by the inner surface on a rotating shaft, mounted on two bearings, equipped with a sliding contact, driven into rotation by a coupling from an electric motor, is placed in a two-layer electrolytic bath so that the surface of the spiral periodically passes through the organic layer and electrolyte. During electrolysis, a dispersed metal powder is formed on the working surface of the rotating cathode, which is floated in the upper organic layer and concentrated in it.
Верхний органический слой представляет собой 1%-ный раствор олеиновой кислоты в октане, нижний - водный раствор хлористого железа концентрации 34 г/л, катодная плотность тока 0,5 А/дм2, температура 20оС, скорость вращения вала 20 об/мин, скорость вращения цилиндрической спирали 2 об/мин.The top organic layer is a 1% solution of oleic acid in octane, lower - aqueous solution of ferrous chloride concentration of 34 g / l, the cathode current density of 0.5 A / dm 2, temperature 20 C, speed of rotation of the
Основными недостатками прототипа являются высокая полидисперсность получаемого порошка и невозможность получения металлических порошков с частицами малых размеров (менее 0,5 мкм). The main disadvantages of the prototype are the high polydispersity of the obtained powder and the inability to obtain metal powders with small particles (less than 0.5 microns).
Указанные недостатки обусловлены собственно конструкцией вращающегося рабочего электрода двухслойной электролитической ванны. Из-за возникновения трения между цилиндрической спиралью и вращающимся валом происходит механическое удаление пассивационной пленки ПАВ на участках соприкосновения спирали с валом. Отделение внутренней поверхности спирали от равномерной пассивационной пленки ПАВ приводит к осаждению на этих участках катода компактных грубодисперсных осадков металла и, как следствие, к полидисперсности выделяемого порошка металла (см. табл. 2). These disadvantages are due to the actual design of the rotating working electrode of the two-layer electrolytic bath. Due to the occurrence of friction between the cylindrical spiral and the rotating shaft, the surfactant is mechanically removed at the contact areas of the spiral with the shaft. The separation of the inner surface of the spiral from the uniform passivation surfactant film leads to the deposition of compact coarse metal deposits on these sections of the cathode and, as a result, to the polydispersity of the released metal powder (see Table 2).
Целью изобретения является снижение полидисперсности металлического порошка, получаемого в электролитической двухслойной ванне и повышение его дисперсности. The aim of the invention is to reduce the polydispersity of a metal powder obtained in an electrolytic two-layer bath and increase its dispersion.
Поставленная цель достигается предложенной конструкцией электролизера для получения металлических порошков электролизом в двухслойной ванне, содержащей электролизер, анод и вращающийся катод, выполненный в виде цилиндрической винтовой спирали со следующими соотношениями длины L, диаметра D и шага l:
≅ 3,0; 0,01≅ ≅ 0,1.This goal is achieved by the proposed design of the electrolyzer to obtain metal powders by electrolysis in a two-layer bath containing an electrolyzer, an anode and a rotating cathode made in the form of a cylindrical helical spiral with the following ratios of length L, diameter D and step l:
≅ 3.0; 0,01≅ ≅ 0.1.
При этом спираль может быть выполнена из стержня круглого сечения при соотношении:
5,0≅ ≅ 50,0 где D - диаметр спирали;
d - диаметр стержня.In this case, the spiral can be made of a rod of circular cross section with the ratio:
5,0≅ ≅ 50.0 where D is the diameter of the spiral;
d is the diameter of the rod.
Возможно выполнение спирали из стержня прямоугольного сечения при соотношении:
1< <4, где а - длина стороны прямоугольного сечения, параллельная оси спирали;
b - длина стороны сечения, перпендикулярная оси спирали.It is possible to perform a spiral from a rod of rectangular cross section with the ratio:
1 < <4, where a is the length of the side of a rectangular section parallel to the axis of the spiral;
b is the length of the side of the section perpendicular to the axis of the spiral.
Отличительными признаками предлагаемой конструкции электролизера является выполнение катода, жестко сочлененного с приводом в виде винтовой спирали, а также диапазон соотношений геометрических параметров катода-спирали, что позволяет реализовать оптимальные гранулометрические характеристики металлических частиц. Distinctive features of the proposed design of the electrolyzer is the implementation of the cathode, rigidly coupled to the drive in the form of a helical spiral, as well as the range of ratios of the geometric parameters of the cathode-spiral, which allows to realize the optimal particle size characteristics of metal particles.
Улучшение гранулометрических характеристик порошков, достигаемое за счет выбора предлагаемой конструкции катода в виде винтовой цилиндрической спирали, обусловлено двумя факторами: значительным уменьшением разброса эффективных времен зарождения и роста высокодисперсных частиц в процессе электролиза за счет сплошности и устранения неоднородности поверхности пассивационной пленки ПАВ и большой стабильностью гидродинамического режима в ванне при движении в ней спирального катода. The improvement in the granulometric characteristics of the powders, achieved by choosing the proposed cathode design in the form of a helical cylindrical spiral, is due to two factors: a significant decrease in the dispersion of the effective nucleation and growth times of finely dispersed particles during electrolysis due to the continuity and elimination of surface inhomogeneity of the passive surfactant film and high stability of the hydrodynamic regime in the bath when the spiral cathode moves in it.
На фиг. схематически представлена предлагаемая конструкция электролизера с деталировкой элементов, где; 1 - электролитическая ванна; 2 - электролит; 3 - органический слой; 4 - катод; 5 - анод; L - длина спирали; D - диаметр катода; d - диаметр проволоки, из которой изготовлена спираль катода. In FIG. schematically presents the proposed design of the electrolyzer with a detail of the elements, where; 1 - electrolytic bath; 2 - electrolyte; 3 - organic layer; 4 - cathode; 5 - anode; L is the length of the spiral; D is the diameter of the cathode; d is the diameter of the wire from which the cathode spiral is made.
Электролитическая ванна 1 заполнена водным раствором электролита 2 и раствором поверхностно-активного вещества ПАВ в органическом растворителе 3, несмешивающимся с водой, например толуолом. Катод ванны 4 выполнен в виде винтовой спирали, жестко закрепленной приводом, анод - металлическая пластина, параллельная оси катода-спирали 5. Работа электролизера основана на том, что винтовая цилиндрическая спираль катода 4 в процессе вращения периодически проходит зону электролитической ванны, заполненную электролитом 2 и органическим слоем 3. Образующиеся на рабочей поверхности спирали высокодисперсные металлические частицы при переходе в органический слой диспергируются и накапливаются в нем. The electrolytic bath 1 is filled with an aqueous solution of
Электрохимические параметры процесса получения высокодисперсных металлических порошков на катоде предлагаемой конструкции электролизера выбраны в оптимизированном варианте, оптимальными при этом являются:
Концентрация электролита
(водный раствор
FeCl2 ˙ 4H2O) 20-30 г/л
Катодная плотность тока 20-25 А/дм2
Температура 25-30oС
Органический слой 0,5-0,7%-ный
раствор олеиновой кислоты в толуо-
ле;
Скорость вращения катода 50-70 об/мин-1.The electrochemical parameters of the process for producing highly dispersed metal powders at the cathode of the proposed design of the electrolyzer are selected in an optimized version, the optimal ones are:
Electrolyte concentration
(water solution
FeCl 2 ˙ 4H 2 O) 20-30 g / l
Cathodic current density 20-25 A / dm 2
Temperature 25-30 o C
Organic layer 0.5-0.7%
a solution of oleic acid in toluene
le;
The rotation speed of the cathode is 50-70 rpm -1 .
Заявляемые диапазоны параметров спиральной конструкции катода
≅ 3,0; 0,01≅ ≅ 0,1; 5,0≅ ≅ 50,0; 1< <4 обусловлены, с одной стороны, конструктивными требованиями и механическими характеристиками спирали-пружины, с другой стороны - необходимостью достижения цели изобретения: повышения дисперсности порошка и снижения его полидисперсности.The claimed ranges of parameters of the spiral design of the cathode
≅ 3.0; 0,01≅ ≅ 0.1; 5,0≅ ≅ 50.0; 1 < <4 are caused, on the one hand, by the structural requirements and mechanical characteristics of the coil-spring, on the other hand, by the need to achieve the objective of the invention: to increase the dispersion of the powder and reduce its polydispersity.
Так, условие L/D ≅ 30 характеризует предельное значение гибкости, при котором теоретически обеспечивается абсолютная устойчивость спирали-пружины и отсутствие биений при вращении. При нарушении данного условия (см. табл. 1) возникают колебания и биения всего корпуса спирали (примеры 6, 5), в результате чего резко возрастает разброс средней величины размера выделяющихся высокодисперсных частиц, порошок становится полидисперсным. Thus, the condition L / D ≅ 30 characterizes the limiting value of flexibility, in which the absolute stability of the spiral spring and the absence of beats during rotation are theoretically ensured. If this condition is violated (see Table 1), fluctuations and beats of the entire spiral body occur (examples 6, 5), as a result of which the scatter of the average size of the emitted highly dispersed particles increases sharply, and the powder becomes polydisperse.
Нижний предел значения соотношения l/L и верхний предел D/d обусловлены необходимостью достижения ламинарного гидродинамического режима движения потоков электролита в ванне и отсутствия влияния электрических полей соседних витков спирали -катода на процесс электрокристаллизации металлических частиц (см. табл. 1, примеры 14 и 22 соответственно). The lower limit of the l / L ratio and the upper limit of D / d are due to the need to achieve a laminar hydrodynamic regime of electrolyte flow in the bath and the absence of the influence of the electric fields of the adjacent turns of the helix-cathode on the electrocrystallization of metal particles (see table 1, examples 14 and 22 respectively).
Верхний предел отношения l/L и нижний предел отношения D/d обеспечивают необходимую величину рабочей поверхности катода, что позволяет, во-первых, добиться получения порошка повышенной дисперсности и, во-вторых, достичь необходимой производительности электролизера с катодом спиральной конструкции (см. табл. 1, примеры 7, 8 и 15, 16 соответственно). The upper limit of the l / L ratio and the lower limit of the D / d ratio provide the necessary size of the cathode working surface, which allows, firstly, to obtain a powder of increased dispersion and, secondly, to achieve the required performance of a cell with a spiral cathode (see table . 1, examples 7, 8 and 15, 16, respectively).
При выходе за пределы заявляемого соотношения а/b резко возрастает средний размер получаемых частиц и их полидисперсность (см. табл. 1, примеры 23, 24 и 28, 29). When you go beyond the claimed ratio a / b, the average size of the resulting particles and their polydispersity sharply increase (see table. 1, examples 23, 24 and 28, 29).
П р и м е р. На катоде спиральной конструкции, выполненном из стержня круглого сечения при параметрах конструкции l = =12 мм, L = 345 мм, D = 220 мм, d = 9 мм, т.е. L/D = 1,5; l/L = 0,035; D/d = 25,6, и электрохимических параметрах процесса:
Катодная плотность тока 20 А/дм2
Электролит (водный раствор
FeCl2 ˙ 4H2O) 25 г/л
Температура 27оС
Органический слой 0,5%-ный раствор олеиновой кислоты в толуоле
Скорость вращения катода 60 об/мин, получен высокодисперсный порошок электролитического железа, имеющий среднее значение длины центральной оси частицы 380 ± 20 нм и коэффициент вариации = 52%; удельная намагниченность насыщения σs = =132 А ˙м2˙ кг-1; удельная остаточная намагниченность σr = 63 А ˙м2˙ кг-1; коэрцитивная сила Нс = 96,3 кА ˙ м-1 (см.табл. 1, пример 1).PRI me R. At the cathode of a spiral structure made of a round rod with design parameters l = 12 mm, L = 345 mm, D = 220 mm, d = 9 mm, i.e. L / D = 1.5; l / L = 0.035; D / d = 25.6, and electrochemical process parameters:
Cathode current density 20 A / dm 2
Electrolyte (aqueous solution
FeCl 2 ˙ 4H 2 O) 25 g / l
Organic layer 0.5% solution of oleic acid in toluene
The rotation speed of the cathode is 60 rpm, a finely divided electrolytic iron powder is obtained having an average value of the length of the central axis of the
Магнитные характеристики высокодисперсных ферромагнитных металлов, получаемых на катоде предлагаемой конструкции, достаточно высоки и приближаются к предельным для магнитожестких ферромагнитных материалов данного химического состава. Так величина коэффициента прямоугольности петли гистерезиса принимает значения 0,48-0,50, удельная намагниченность насыщения σs = 130-139 А ˙ м2 ˙ кг-1, что соответствует 60-64% содержания магнитной фазы в порошке.The magnetic characteristics of highly dispersed ferromagnetic metals obtained at the cathode of the proposed design are quite high and approach the limiting values for magnetically hard ferromagnetic materials of a given chemical composition. So the magnitude of the coefficient of rectangularity of the hysteresis loop takes the values of 0.48-0.50, the specific saturation magnetization σ s = 130-139 A ˙ m 2 ˙ kg -1 , which corresponds to 60-64% of the content of the magnetic phase in the powder.
В табл. 2 приведено сопоставление гранулометрических характеристик порошков высокодисперсного железа, полученных электролитическим методом в двухслойной ванне на катоде предлагаемой конструкции и на катоде известной конструкции. Применение винтовой спирали в заявляемом диапазоне параметров конструкции позволяет получить высокодисперсные частицы со средним размером 220-450 нм, т.е. в 2-7 раз меньше, чем в известном электролизере. При этом достигается уменьшение полидисперсности получаемого порошка, что характеризуется уменьшением коэффициента вариации на 15-25%. In the table. 2 shows a comparison of the granulometric characteristics of fine iron powders obtained by the electrolytic method in a two-layer bath at the cathode of the proposed design and at the cathode of known design. The use of a helical spiral in the claimed range of design parameters allows to obtain highly dispersed particles with an average size of 220-450 nm, i.e. 2-7 times less than in the known cell. In this case, a decrease in the polydispersity of the obtained powder is achieved, which is characterized by a decrease in the coefficient of variation by 15-25%.
Claims (2)
≅ 3,0 ;
0,01≅ ≅ 0,1,
2. Электролизер по п. 1, отличающийся тем, что спираль выполнена из стержня круглого сечения при соотношении
5,0≅ ≅ 50,0,
где d - диаметр стержня;
D - диаметр спирали.1. ELECTROLYZER FOR PRODUCING METAL POWDERS BY ELECTROLYSIS IN A TWO-LAYERED BATH, containing a bath, anode and cathode in the form of a cylindrical spiral, characterized in that in order to reduce the polydispersity of the powder and increase its dispersion, the cathode spiral is made with the following ratio of pitch L, diameter D l:
≅ 3.0;
0,01≅ ≅ 0.1,
2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the spiral is made of a round rod with a ratio
5,0≅ ≅ 50.0
where d is the diameter of the rod;
D is the diameter of the spiral.
1< < 4,
где a, b - стороны прямоугольного сечения.3. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the spiral is made of a rod of rectangular cross section at a ratio
1 < <4
where a, b are sides of a rectangular section.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4920664 RU2023059C1 (en) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Electrolyzer for obtaining metallic powders by electrolysis in double-bed bath |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4920664 RU2023059C1 (en) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Electrolyzer for obtaining metallic powders by electrolysis in double-bed bath |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2023059C1 true RU2023059C1 (en) | 1994-11-15 |
Family
ID=21565885
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4920664 RU2023059C1 (en) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | Electrolyzer for obtaining metallic powders by electrolysis in double-bed bath |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2023059C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585508C1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-27 | Виталий Евгеньевич Дьяков | Method of making brazing paste |
RU2617081C2 (en) * | 2016-03-29 | 2017-04-19 | Виталий Евгеньевич Дьяков | Electrolyser for solder powder manufacturing |
-
1991
- 1991-03-19 RU SU4920664 patent/RU2023059C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1171568, кл. C 25C 5/02, 1989. * |
Авторское свидетельство СССР N 990883, кл. C 25C 5/02, 1982. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585508C1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-27 | Виталий Евгеньевич Дьяков | Method of making brazing paste |
RU2617081C2 (en) * | 2016-03-29 | 2017-04-19 | Виталий Евгеньевич Дьяков | Electrolyser for solder powder manufacturing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5507967A (en) | Electrorheological magnetic fluid and process for producing the same | |
Cho et al. | Encapsulation of spherical iron-particle with PMMA and its magnetorheological particles | |
AlMawlawi et al. | Magnetic properties of Fe deposited into anodic aluminum oxide pores as a function of particle size | |
US4098654A (en) | Codeposition of a metal and fluorocarbon resin particles | |
US4604229A (en) | Electrically conductive ferrofluid compositions and method of preparing and using same | |
KR960703487A (en) | METAL, ALLOY, OR METAL CARBIDE MICROPARTS AND METHOD FOR FORMING THESE METHOD (METAL, ALLOY, OR METAL CARBIDE NANOPARTICLES AND A PROCESS FOR FORMING SAME) | |
CZ306436B6 (en) | A tantalum powder and the method of its production and the electrolytic capacitor anode | |
CA1303436C (en) | Nickel particle plating system | |
Cochrane et al. | Sign reversal of the Hall coefficient in amorphous Ni-Zr alloys | |
RU2023059C1 (en) | Electrolyzer for obtaining metallic powders by electrolysis in double-bed bath | |
Li et al. | Annealing effects on the microstructure, magnetism and microwave-absorption properties of Fe/TiO2 nanocomposites | |
Park et al. | Rheological properties and stability of magnetorheological fluids using viscoelastic medium and nanoadditives | |
US4381244A (en) | Ferrofluid | |
JPS61244004A (en) | Magnetic fluid | |
US6179987B1 (en) | Method and apparatus to electrolytically produce high-purity magnetite particles | |
JPH0370103A (en) | Fluid acting upon magnetic field | |
Vosough et al. | Co-tio2 nanoparticles as the reinforcement for fe soft magnetic composites with enhanced mechanical and magnetic properties via pulse electrodeposition | |
JP3690975B2 (en) | Organic plating method and organic plating product | |
JPH02500069A (en) | magnetic recording material | |
Berkowitz et al. | Ferrofluids prepared by spark erosion | |
RU2123738C1 (en) | Porous coating for modifying electrolytic capacitor foil surface | |
Mandal et al. | Functionalized Magnetic Nanoparticles for Energy Storage Applications | |
RU2022060C1 (en) | Process of production of high-dispersive iron powders and of iron alloys | |
Sartale et al. | A room temperature two-step electrochemical process for large area nanocrystalline ferrite thin films deposition | |
KHARRATIAN et al. | Surfactant-Assisted Electrodeposition of CoFe-Barium Hexaferrite Nanocomposite Thin Films |