熔鹽電解制備鎳鈦合金粉及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熔鹽電解制備的鎳鈦合金粉及其制備方法，屬有色金屬冶煉領域。
【背景技術】
[0002]形狀記憶材料是集感知和驅(qū)動于一體的特殊功能材料，其中形狀記憶合金是形狀記憶材料中較為重要的材料之一。形狀記憶合金(簡稱SMA)是一種新型的功能材料，是能將自身的塑性變形在某一特定溫度下自動恢復為原始形狀的特種合金。它主要分為N1-Ti基、Cu基和Fe基三種。其中，N1-Ti基形狀記憶合金開發(fā)最早，形狀記憶效應最穩(wěn)定，相對比較成熟，已在航天工業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、醫(yī)學及人類生活領域獲得應用。
[0003]鎳鈦合金的伸縮率在20%以上，疲勞壽命達17次，阻尼特性比普通的彈簧高10倍，其耐腐蝕性優(yōu)于目前最好的醫(yī)用不銹鋼，因此可以滿足各類工程和醫(yī)學的應用需求，是一種非常優(yōu)秀的功能材料。
[0004]鎳鈦合金除了具有記憶合金的功能外，還具有耐磨損、抗腐蝕、高阻尼和超彈性等優(yōu)異特點，應用廣泛。
[0005]但由于原材料鎳和鈦價格昂貴，且加工成本較高等因素，其應用受到了一定的限制。目前制備鎳鈦合金粉主要靠鈦粉與鎳粉機械混合，其純度、混合度與原料有很大關系。隨著熔鹽電解的發(fā)展，電解單質(zhì)金屬、合金金屬技術逐步產(chǎn)業(yè)化，如海綿鈦精煉制備高純鈦粉、MER工藝、銅合金粉等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種加工方法簡單，成本低，制備的鎳鈦合金粉純度高的新工藝。
[0007]本發(fā)明熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，所述方法以含鈦離子、鎳離子的氯鹽為熔鹽體系，以金屬鎳或金屬鈦或鎳鈦合金為陽極，以鉬棒或碳鋼為陰極，通過控制電解質(zhì)體系中鎳離子、鈦離子質(zhì)量濃度分別為0.01?10%，以及陰極電流密度0.01?2A/cm2，得到陰極產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得鎳鈦合金粉。
[0008]上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其中熔鹽體系是將金屬鎳或鎳鈦合金置于熔融氯鹽體系中，加入TiCl4，與金屬鎳或鎳鈦合金反應后制備而成。
[0009]進一步的，上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其中所述氯鹽為氯化鈉或氯化鉀中至少一種。
[0010]上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，陰極電流密度滿足陽極材料鎳或鈦的溶解電壓。
[0011]進一步的，作為更優(yōu)選的技術方案，上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其中陽極材料溶解電壓優(yōu)選為3.8?4.2V。
[0012]上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，最終得到的陰極產(chǎn)物必須采用0.5?Iwt %稀鹽酸進行洗滌，去除電解質(zhì)。
[0013]本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是提供一種粒度、鎳鈦比例可控的鎳鈦合金粉。
[0014]上述所述鎳鈦合金粉，是由熔鹽電解法制備而成，其中，熔鹽電解法以含鈦離子、鎳離子的氯鹽為熔鹽體系，以金屬鎳或金屬鈦或鎳鈦合金為陽極，以鉬棒為陰極，通過控制電解質(zhì)體系中鎳離子、鈦離子的質(zhì)量濃度分別為0.01?10%，以及陰極電流密度，得到陰極產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得鎳鈦合金粉。
[0015]上述所述鎳鈦合金粉，其純度多99.9%。
[0016]本發(fā)明采用熔鹽電解制備的鎳鈦合金粉，可以進行鎳鈦合金廢料回收利用，生產(chǎn)成本低，通過控制電解操作制度、電解質(zhì)體系、陽極形式，可以得到不同比例、不同粒度的鎳鈦合金粉，且純度可達99.9%以上，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，所述方法以含鈦離子、鎳離子的氯鹽為熔鹽體系，以金屬鎳或金屬鈦或鎳鈦合金為陽極，以鉬棒或碳鋼為陰極，通過控制電解質(zhì)體系中鎳離子、鈦離子質(zhì)量濃度分別為0.01?10%，以及陰極電流密度0.01?2A/cm2，得到陰極產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得鎳鈦合金粉。
[0018]上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其中熔鹽體系是將金屬鎳或鎳鈦合金置于熔融氯鹽體系中，加入TiCl4，與金屬鎳或鎳鈦合金反應后制備而成。其中，加入的TiCl4與金屬鎳或鎳鈦合金反應，生成TiCl 2、TiCl3, NiCl2，通過控制11(:14的加入量來控制鎳離子、鈦離子濃度，及其價態(tài)；
[0019]進一步的，上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其中所述氯鹽為氯化鈉或氯化鉀中至少一種。
[0020]上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其中熔鹽體系中的鎳離子、鈦離子的質(zhì)量濃度分別為0.01?10%。
[0021]上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，陰極電流密度必須滿足陽極材料鎳或鈦的溶解電壓。本發(fā)明通過控制陰極電流密度，可獲得不同粒度、鎳鈦比的陰極產(chǎn)物，陰極電流密度影響最終產(chǎn)品的粒度，當陰極電流密度低于0.2A/cm2，更有利于金屬離子析出成核長大，因此制備的產(chǎn)品粒度粗，粒度可達20目以上；當陰極電流密度高于lA/cm2，制備的產(chǎn)品粒度就細，粒度在-200目以下；同時由于鎳鈦離子的析出電位有差異，因此必須保證鎳離子析出電壓。
[0022]進一步的，作為更優(yōu)選的技術方案，上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其中陽極材料溶解電壓優(yōu)選為3.8?4.2V。其中陽極料主要以鎳鈦合金塊或純鎳或純鈦為原料，通過控制其電解放電電位，使陽極料溶解，但是由于鈦離子放電電位低于鎳離子電位，必須考慮電解電壓高于鎳離子放電電位，且考慮電解質(zhì)中鎳離子、鈦離子濃度不一樣，以及其他元素的放電電位，最好控制電解電壓為3.8V?4.2V之間。
[0023]上述所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，最終得到的陰極產(chǎn)物必須采用0.5?lwt%#鹽酸進行洗滌，去除電解質(zhì)，可得到高純的鎳鈦粉。陰極產(chǎn)物中主要夾雜著電解質(zhì)及鎳鈦合金粉，電解質(zhì)由于含有低價鈦離子、鎳離子，容易水解而造成產(chǎn)物污染，因此必須采用0.5wt%?Iwt %的稀鹽酸進行處理。
[0024]本發(fā)明還提供一種粒度、鎳鈦比例可控的鎳鈦合金粉。
[0025]上述所述鎳鈦合金粉，是由熔鹽電解法制備而成，其中，熔鹽電解法以含鈦離子、鎳離子的氯鹽為熔鹽體系，以金屬鎳或金屬鈦或鎳鈦合金為陽極，以鉬棒或碳鋼為陰極，通過控制電解質(zhì)體系中鎳離子、鈦離子的質(zhì)量濃度分別為0.01?10%，以及陰極電流密度，得到陰極產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得鎳鈦合金粉。
[0026]上述所述鎳鈦合金粉，其純度多99.9%。
[0027]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0028]實施例1
[0029]以氯化鈉、氯化鉀(摩爾比1:1)為熔鹽體系總重量5Kg，將鎳鈦合金200g置于熔鹽中，加入600g 11(:14與鎳鈦合金反應制備含鈦離子、鎳離子的電解質(zhì)體系；采用石墨籃筐做陽極裝料筐，將鎳鈦合金塊置于其中，以鉬棒為陰極桿；通過控制陽極電流輸出電壓
3.8V，陰極電流密度0.1 A/cm2,電解時間5小時，成功獲得陰極產(chǎn)物(含電解質(zhì))40g ;采用Iwt %的稀鹽酸進行后處理，除去電解質(zhì)，烘干，獲得高純鎳鈦合金粉12g，通過檢測分析其總鎳、鈦純度達到99.95%。
[0030]實施例2
[0031]以氯化鈉、氯化鉀(摩爾比1:2)為熔鹽體系總重量10Kg，將鎳鈦合金500g置于熔鹽中，加入2000g 11(:14與鎳鈦合金反應制備含鈦離子、鎳離子的電解質(zhì)體系；采用石墨籃筐做陽極裝料筐，將鎳鈦合金塊置于其中，以鉬棒為陰極桿；通過控制陽極電流輸出電壓
4.2V，陰極電流密度1.0A/cm2，電解時間10小時，成功獲得陰極產(chǎn)物(含電解質(zhì))10g ;采用0.Swt %的稀鹽酸進行后處理，除去電解質(zhì)，烘干，獲得高純鎳鈦合金粉20g，通過檢測分析其總鎳、鈦純度達到99.93%。
【主權項】
1.熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其特征在于:所述方法以含鈦離子、鎳離子的氯鹽為熔鹽體系，以金屬鎳或金屬鈦或鎳鈦合金為陽極，以鉬棒或碳鋼為陰極，通過控制電解質(zhì)體系中鎳離子、鈦離子質(zhì)量濃度分別為0.0l?10%，以及陰極電流密度0.01?2A/cm2，得到陰極產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得鎳鈦合金粉。2.根據(jù)權利要求1所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其特征在于:熔鹽體系是將金屬鎳或鎳鈦合金置于熔融氯鹽體系中，加入TiCl4，與金屬鎳或鎳鈦合金反應后制備而成。3.根據(jù)權利要求1或2所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其特征在于:所述氯鹽為氯化鈉或氯化鉀中至少一種。4.根據(jù)權利要求1所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其特征在于:陰極電流密度滿足陽極材料鎳或鈦的溶解電壓。5.根據(jù)權利要求4所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其特征在于:陽極材料溶解電壓為3.8?4.2Vo6.根據(jù)權利要求1所述熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，其特征在于:陰極產(chǎn)物采用0.5?Iwt%稀鹽酸進行洗滌，去除電解質(zhì)。7.權利要求1?6任一項所述方法制備的鎳鈦合金粉，其特征在于:該鎳鈦合金粉是由熔鹽電解法制備而成；其中，熔鹽電解法以含鈦離子、鎳離子的氯鹽為熔鹽體系，以金屬鎳或金屬鈦或鎳鈦合金為陽極，以鉬棒為陰極，通過控制電解質(zhì)體系中鎳離子、鈦離子的質(zhì)量濃度分別為0.01?10%，以及陰極電流密度，得到陰極產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得鎳鈦合金粉。8.根據(jù)權利要求7所述鎳鈦合金粉，其特征在于:鎳鈦合金粉的純度多99.9%。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，屬有色金屬冶煉領域。本發(fā)明熔鹽電解制備鎳鈦合金粉的方法，以含鈦離子、鎳離子的氯鹽為熔鹽體系，以金屬鎳或金屬鈦或鎳鈦合金為陽極，以鉬棒為陰極，通過控制電解質(zhì)體系中鎳離子、鈦離子濃度以及陰極電流密度，得到陰極產(chǎn)物，洗滌，干燥，即得鎳鈦合金粉。本發(fā)明采用熔鹽電解制備的鎳鈦合金粉，可以進行鎳鈦合金廢料回收利用，生產(chǎn)成本低，制備的鎳鈦合金粉純度高達99.9％，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類】C25C5/04
【公開號】CN105350028
【申請?zhí)枴緾N201510828595
【發(fā)明人】趙三超
【申請人】攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月24日