灵敏度特异度
Harbin Institute of Technology
粉末冶金课程报告
院 系： 材料科学与工程
班 级： 1219101 湖南大学综合管理系统
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学 号： **********
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时 间： 2015/05/13
哈尔滨工业大学
电解法制备金属粉末的工艺讨论
材料科学与工程学院：缪克松 1121900133 指导教师：柯华
摘 要：本论文介绍的是电解法制备超细纳米金属粉末的加工工艺，简介了电解法的原理和工艺，并对用于生产实际中的电解法的工艺条件对最终粉体的质量的影响加以简单的讨论，提出实验思路，从而对制定电解法的工艺流程进行指导。
关键词：电解；超细金属粉末；成粉率
1引言
纳米粉末是指粒子尺寸为1~100nm的超微粒子。由于纳米微粒本身的结构与常规材料不同，所以具有许多新奇的特性。如纳米金属粉末具有不同于普通材料的光、电、磁、热力学和化学反应等方面的特殊性能，是一种重要的功能材料，具有广阔的应用前景。目前，纳米金属粉末的制备方法有阳极弧放电等离子体法、球磨法、水热反应法、沉淀法、激光
高温燃烧法、激光诱导化学气相沉积法、辐射化学合成法等。这些方法都有其各自的特点，同时也存在一定的局限性，如粉末纯度低、生产成本高、纳米粉末难以收集等。
对于制备纳米金属粉末，电解方法具有制得的粉末纯度高、比表面积大、粉末粒度可控、可实现自动化生产等优点，是一种公认的适合于大规模工业生产的低成本纳米金属粉末制备方法。
2电解法简介
电解法的基本方法是通电分解，在电极上沉淀产生纯度很高的金属。反应机理基于电解液中的金属阳离子得到电子后被还原为纯金属。反应的基本装置包括正负电极、电解液、添加剂。工艺流程包括电解液的配置、电极的选择、阴极沉积金属粉末的剥离方式、纳米金属的粒度控制、纳米金属粉末的防氧化、防团聚工艺等方面。每一个方面的参数都对最终的金属粉末质量有影响，同时，因为要使用于工业生成，更需要考虑施行成本及可操作性，电解法研究的目标是实现一种低能耗、高产量、高质量、可量产、环境友好的粉末生产工艺。
现阶段中，随着对电解方法研究的不断深入、超声波、有机溶剂、隔膜等技术与传统电解法结合，产生了一些高效、低耗的制备纳米金属粉末的新型电解方法。
电解方法制备出的纳米金属粉末的形状、大小不规则，粉末的活性表面积大，生产、储存、使用纳米金属粉末时易产生问题，因而在一定程度上限制了该法的大规模工业化生产。是进一步研究亟需解决的方向。
3电解法工艺的评定
3.1 阴极理论电解效率
式中： n ----- 金属阳离子的电荷数
W ----- 电解结束阴极上析出金属的总重量(g)
M ----- 金属元素的摩尔质量(g/mol)
A ----- 电解时的实际电流(A)
t ----- 电解时间(h)
3.2 阴极能耗
式中： V ----- 平均槽电压(V)
A ----- 电解时的实际电流(A)
T ----- 电解时间(h)甲烷燃料电池
W ----- 电解结束阴极上析出金属的总重量(g)
3.3 金属成粉率
式中： W ----- 电解结束阴极上析出金属的总重量(g)
W1 ----- 实际收集的金属粉末的重量(g)
4电解工艺参数的影响
4.1 电流密度的影响
阴极电流密度对阴极理论电解电效及成粉率、金属粉末粒度大小和粒度组成有显著的影响。一般的制备过程中，电解在阴极开始析出的是致密的金属层，一直要到阴极附近的金属阳离子浓度由原来的浓度降低到一定值时，才开始析出松散的镍粉末，在低电流密度电解时，金属阳离子浓度通常是达不到的临界值，因为离子的浓度减少会不断靠扩散从电解液的其它部分得到补充；而采用高电流密度时，阴极附近的金属阳离子离子浓度会急剧下降，经过很短时间就达到临界值。
理论上高电流密度更有利于提升粉末产量，形核率的增大也会是粉末更细。但同时，电流密度升高可能会激活副反应，使电流效率下降。极化现象也会家具致使槽电压升高，阴极能耗增大。
4.2 电解液金属阳离子的影响
和岳姆干的水直流
金属阳离子的增加会导致溶液导电能力上升，电流效率增大，但同时因为金属阳离子浓度过大，不容易降低到临界值，因而更容易沉淀出致密的金属层而不是粉末，高到一定程度是可能完全无法制取粉末。
4.3 电解液温度的影响
升高电解液温度可以提高电解液的导电能力，降低槽电压，减少副反应，从而提高了阴极的电流效率;并且提高电解液温度可降低电解液的浓差极化，有利于金属阳离子扩散，这就相当于增加了阴极表面的金属阳离子浓度，对提高电流效率有利。但是温度过高，阴极电效下降，这是因为高温时溶液中离子会发生剧烈碰撞，这相应的减少了电流的有效传送。另外升高电解液温度可使阳极较为均匀的电溶解，减小残极率。
实际电解操作时电解液温度不宜过高，因为温度太高，电解液的蒸发量加大，电解液一般有较高的毒性，使劳动条件恶化。
4.4 电解液添加剂的影响
电解制粉过程中往往使用外加的添加剂，一般说添加剂可分为电解质添加剂和非电解质添加剂两种，电解质添加剂的作用，主要是提高电解液的导电性和控制电解液的pH值在一定范围内。非电解质添加剂可吸附在晶粒表面上阻止其长大，金属离子被迫又建立新核，促使得到细粉末。
非电解质添加剂的影响各有特点，视具体情况而讨论。接下来主要叙述电解质添加剂的影响效果。
不加入添加剂时，很多特定金属制备所用的电解液导电率都很差，这将导致槽电压很高才能推动反应的进行，然而槽电压的升高必然会导致副反应的增多。从物理特性的角度，添加剂对工艺最终获得的粉末质量的影响是很复杂的，如添加剂使电解液粘度增加的话阴极板表面会变滑，从而使刷粉变得困难。
4.5 电解液pH值的影响
行政职务电解液pH值增加，H+浓度降低，析氢反应减少，电流效率增加，金属粉末成粉率上升。同时电解液电阻增大，故槽电压升高;槽电压升高，阴极能耗有所增加，一般认为，如果在阴
极上氢与金属能同时析出，则有利于得到小粒度的金属粉末。故pH值的增加会使金属粉末的粒度增大。因此为兼顾粉末的质与量，需要合理的确定电解液的pH值。
4.6 电极极距的影响
电极极距对槽电压影响较大，电极极距增加，电解液电阻增大，槽电压增加，故电流效率有所下降，阴极能耗增加。同时小极距刷粉操作困难，电极与电解槽相接触的边缘难以刷净，而大极距可用较大力度刷粉，故电极边缘的团聚的大颗粒镍粉也可较容易的刷净，故造成了镍粉粒度分布的差异。考虑电解操作在实际工业批量化生成的因素，电解时应取适中偏大的极距条件。
4.7 电极阴阳面积比的影响
当阴极面积大于阳极面积时，阴极板上电流密度分布变得不均匀，正对阳极板的部分相应电流密度较大，这一区域易发生沉积。阳极面积越小，阴极成粉困难的区域越大，并且成粉困难的区域的电流密度相应较小，电流效率高，因此阴极的总电流效率升高。电极阴阳面积比增加，阳极的电流密度增大，阳极极化电位增加，因此槽电压上升，阴极能耗也相应增加。
4.8 取粉间隔的影响
称重装置
伴随取粉间隔时间的增加电流效率增加，阴极能耗减少，粒度增加。长时间不刷粉，金属颗粒沉积在阴极表面上，使阴极表面变得凹凸不平，这相应增加阴极表面积，相对降低了电流密度，电流密度降低，槽电压降低，故电流效率增加，阴极能耗降低。
5工艺参数的设计
以上八点影响因素是工艺设计过程中可操作性比较强、对粉末质量影响较大的因素。在工艺设计流程中需要结合产品要求、成本控制、设备设计等方面因素具体分析讨论。
以下给出工艺参数设计的思路：
1.对产品有影响的因素和机理。
2.确定因素对工艺的影响力
3.分析该因素通过参数调控的可操作性
4.得出需要设计的参数
5.设计正交试验
6.根据优化结果设计工艺
7.对设计的工艺进行实践、记录、分析并反馈修正工艺。
6参考文献
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