专利名称：电解成型制备纯铁箔的方法
技术领域：
本发明涉及一种电解成型制备纯铁箔的方法，属于电化学应用技术领域。
电解成型制备的纯铁箔，可用于磁屏蔽材料和高储能密度镍镉电池，也可用于包装。日本东洋钢板株式会社小池一幸先生发明了“电解铁箔的制造法”并已申请了专利昭58-73786。小池一幸先生的“电解铁箔的制造法”是用不溶性的石墨阳极，在钛阴极滚筒上沉积铁层，然后剥离下来制成铁箔。小池一幸先生是将废铁原料和盐酸，在再生槽中生成含有亚铁离子的电解液，然后将电解液吸入电解槽中进行电沉积铁箔。该方法设备、工艺复杂，纯铁箔的制备成本较高。
本发明的目的在于为了简化制备纯铁箔的设备和工艺，便于操作，降低纯铁箔的制备成本，提供了一种电解成型制备纯铁箔的方法。
本发明方法是通过电解质溶液循环，在一种钛或钛合金转鼓阴极上，直流电解连续剥离电解成型制备纯铁箔，其特征在于电解采用可溶性阳极，其电解质水溶液由FeCl2·6H2O和少量的能降低电解质溶液的蒸气压，保持溶液组成稳定的稳定剂以及使纯铁箔平整，消除针孔的润湿剂所组成。其电解质溶液组成为FeCl2·6H2O300-800g/l(相应亚铁离子浓度70-190g/l)，稳定剂60-100g/l，润湿剂0.2-0.8mg/l，电解质溶液为酸性pH为0.1-3.5，电解质溶液温度为75-100℃，电解时阴极电流密度为0.01-0.35A/cm2。
本发明所采用的可溶性阳极材料可为纯铁、低碳钢或废铁屑。其电解质水溶液中含有的稳定剂为CaCl2，润湿剂为十二烷基磺酸钠。
本发明为了防止阳极附近的杂质沾污铁箔，阴阳极之间加过滤网，一般采用涤伦过滤网。
在本发明的电沉积铁箔的过程中，电解质溶液的温度，阴极电流密度以及亚铁离子浓度等因素都对铁箔的质量有一定的影响。通过实验结果我们选定最佳的工艺条件是，电解质水溶液组成FeCl2·6H2O浓度为400-700g/l(相应亚铁离子浓度100-160g/l)，稳定剂CaCl2浓度为70-90g/l，润湿剂十二烷基磺酸钠浓度为0.4-0.8mg/l;电解质溶液pH值为0.5-2.5，阴极电流密度为0.05-0.2A/cm2，电解质溶液温度为94-96℃。
本发明的优点是由于采用可溶性阳极，电解质溶液可直接放入电镀槽中，不需要再生槽，设备、工艺简单，铁箔的制作成本降低，同时本发明电解质溶液稳定，容易操作，用本方法可生产宽大于180毫米，厚度为20-100微米的纯铁箔，其纯度可达99.89%，铁箔的力学和电磁学性能见下表电解成型制备的纯铁箔物理和机械性能厚度 平均晶粒 抗拉强度 延伸率 显微硬度 相对 饱和磁通密度μm μm kg/mm2% HmKg/mm2磁导率 wb/m2
305.6 51-62 6.2-860 112 2.15
另外剩磁Br＝17.26-19.29Wb/m2，矫顽力Hc＝636A/m，电阻率ρ(26℃)＝9.47×10-6Ωcm。
附图及其图面说明
图1为电解温度T(℃)对电沉积纯铁箔阴极电效η(%)和槽压Vcell(Ⅴ)的影响的关系图。
其曲线(1)表示电解温度T(℃)与电沉积纯铁箔阴极电效η(%)的关系。
曲线(2)表示电解温度T(℃)与电沉积铁箔槽压Vcell(Ⅴ)的关系。
图2为阴极电流密度Dk(A/cm2)对电沉积铁箔阴极电效η(%)和槽压Vcell(Ⅴ)影响的关系图。
其曲线(3)表示阴极电流密度Dk(A/cm2)与电沉积纯铁箔阴极电效η(%)的关系。
曲线(4)表示阴极电流密度Dk(A/cm2)和槽压Vcell(Ⅴ)的关系。
曲线(5)表示阴极电流密度Dx(A/cm2)和铁箔中氢含量的关系。
图3为电沉积纯铁箔阴极电效η(%)，槽压Vcell(Ⅴ)与溶液中亚铁离子浓度的关系图。
其中曲线(6)表示电沉积纯铁箔阴极电效η(%)与电解质溶液中亚铁离子浓度CFe2+(g/l)的关系。
曲线(7)表示槽压Vcell(Ⅴ)与电解质溶液中亚铁离子浓度CFe2+(g/l)的关系。
以下结合附图和实施例进一步描述本发明。
实施例1采用可溶性铁阳极，并在阴阳极之间加涤伦过滤网，用钛转鼓阴极，通过电解质溶液循环，电解沉积纯铁箔，所用电解质溶液FeCl2·6H2O 470g/l(相应亚铁离子浓度112g/l)，稳定剂CaCl280g/l，润湿剂十二烷基磺酸钠0.4mg/l;PH0.5，阴极电流密度0.1A/cm2。电解液温度分别为75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃。所得结果见图1。由图1可见，当温度(T)从75℃改变到100℃，观察到槽压(Vcell)从1.2伏跌落至1.0伏，当温度从79℃升高到约95℃时，阴极电效(η)逐渐从92.13%升高达98.67%，而低于79℃时，电效(η)急剧下降，所获铁箔出现脆性，内应力引起断裂，这是由于低温下氢的共析出和晶粒细化所致，正是由于氢的大量析出造成了阴极电效急剧下降。在高温段均能获得表面光滑，韧性好的纯铁箔。电解温度升高时，槽压下降，显然是由于电解液欧姆降的减少，电解温度较高时，电沉积铁箔晶粒变大，硬度值变小，当温度在90-100℃时，硬度值HV＝55-60，因此箔的韧性好，延展率高。
实施例2采用可溶性铁阳极(废铁屑)，在阴阳极之间加涤伦过滤网，用钛合金转鼓阴极，通过电解质溶液循环，电解沉积纯铁箔，所用电解液FeCl2·6H2O590g/l(相应亚铁离子浓度140g/l)，稳定剂CaCl290g/l，润湿剂十二烷基磺酸钠0.6mg/l，pH1.5，阴极电流密度(Dk)分别采用0.05A/cm2、0.1A/cm2、0.15A/cm2、0.2A/cm2、0.25A/cm2、0.3A/cm2、0.35A/cm2。电解液温度(T)94-96℃。实验结果见图2。
从图2可见，当阴极电流密度(Dk)从0.064A/cm2增大到0.35A/cm2时，槽压(Vcell)急剧升高，从0.8伏增大至3.35伏，而电效(η)从91.18%升高到99.43%，槽压的升高是由于极间溶液欧姆降(IR)所致，因此能耗高。实验中，阴极电流密度从0.064A/cm2增大到0.327A/cm2时，沉积铁箔中氢含量反而从76ppmm下降到29ppm，高电流密度下沉积的铁箔也未观察到氢脆现象，但铁箔硬度值偏高，主要是由于高电流密度条件下沉积铁箔晶粒细造成的。阴极电流密度从0.064A/cm2增大到0.327A/cm2时，铁箔平均结晶粒度从3.64微米减小到2.64微米，相应的显微硬度值HV从80升到140。由此可见，在选择电沉积条件时，应满足适当的电效，又要使电耗不太高，一般最佳选择在0.05-0.2A/cm2。
实施例3采用低碳钢阳极，并在阴阳极之间加涤伦过滤网，用钛转鼓阴极，通过电解质溶液循环，电沉积纯铁箔，所用的电解质溶液中亚铁离子浓度CFe2+分别为90g/l、95g/l、100g/l、110g/l、120g/l、130g/l、140g/l、150g/l、160g/l、170g/l所用稳定剂CaCl2浓度80g/l，润湿剂十二烷基磺酸钠0.8mg/l，阴极电流密度为0.1A/cm2，电解液温度94-96℃，溶液pH值为2。
实验结果见图3，由图3可清楚地看到亚铁离子浓度对电沉积纯铁箔的影响不大，因此沉积纯铁箔对亚铁离子浓度可在较大的范围内变化。一般采用亚铁离子浓度100-160g/l为好。
权利要求
1.一种在钛或钛合金转鼓阴极上，直流电解沉积连续剥离的电解成型制备纯铁箔的方法，其特征在于电解采用可溶性阳极，电解质水溶液由FeCl2·6H2O和少量的能降低电解质溶液的蒸气压，保持溶液组成稳定的稳定剂以及使纯铁箔平整、消除针孔的润湿剂所组成，其电解质水溶液组成为FeCl2·6H2O300-800g/l(相应亚铁离子浓度70-190g/l)，稳定剂60-100g/l，润湿剂0.2-0.8mg/l，电解质溶液为酸性，pH为0.1-3.5，电解质溶液温度为75-100℃，阴极电流密度为0.01-0.35A/cm2。
2.根据权利要求1所述的电解成型制备纯铁箔的方法，其特征在于可溶性阳极的材料可为纯铁、低碳钢或废铁屑。
3.根据权利要求1所述的电解成型制备纯铁箔的方法，其特征在于电解质水溶液中含有的稳定剂为CaCl2，润湿剂为十二烷基磺酸钠。
4.根据权利要求1所述的电解成型制备纯铁箔的方法;其特征在于阴极阳极之间加有防止阳极附近杂质沾污纯铁箔的过滤网。
5.根据权利要求4所述的电解成型制备纯铁箔的方法，其特征在于所说的过滤网为涤伦过滤网。
6.根据权利要求1、2、3、4和5所述的电解成型制备纯铁箔的方法，其特征在于电解的最佳工艺条件为电解质水溶液组成为FeCl2·6H2O400-700g/l(相应的亚铁离子浓度为100-160g/l)，稳定剂CaCl270-90g/l，润湿剂十二烷基磺酸钠0.4-0.8mg/l;电解质溶液pH值为0.5-2.5，阴极电流密度为0.05-0.2A/cm2，电解质溶液温度为94-96℃。
全文摘要
本发明涉及一种在钛或钛合金转鼓阴极上，直流电解沉积连续剥离电解成型制备纯铁箔的方法，其特点是采用可溶性阳极，电解质水溶液由FeCl
文档编号C25C1/06GK1066478SQ9110293
公开日1992年11月25日 申请日期1991年5月8日 优先权日1991年5月8日
发明者卢维昌, 徐永兰, 赵韫, 李兆军 申请人:中国科学院化工冶金研究所