熔盐电解制备镍钛合金粉及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种熔盐电解制备的镍钛合金粉及其制备方法，属有色金属冶炼领域。
【背景技术】
[0002]形状记忆材料是集感知和驱动于一体的特殊功能材料，其中形状记忆合金是形状记忆材料中较为重要的材料之一。形状记忆合金(简称SMA)是一种新型的功能材料，是能将自身的塑性变形在某一特定温度下自动恢复为原始形状的特种合金。它主要分为N1-Ti基、Cu基和Fe基三种。其中，N1-Ti基形状记忆合金开发最早，形状记忆效应最稳定，相对比较成熟，已在航天工业、汽车工业、电子工业、医学及人类生活领域获得应用。
[0003]镍钛合金的伸缩率在20%以上，疲劳寿命达17次，阻尼特性比普通的弹簧高10倍，其耐腐蚀性优于目前最好的医用不锈钢，因此可以满足各类工程和医学的应用需求，是一种非常优秀的功能材料。
[0004]镍钛合金除了具有记忆合金的功能外，还具有耐磨损、抗腐蚀、高阻尼和超弹性等优异特点，应用广泛。
[0005]但由于原材料镍和钛价格昂贵，且加工成本较高等因素，其应用受到了一定的限制。目前制备镍钛合金粉主要靠钛粉与镍粉机械混合，其纯度、混合度与原料有很大关系。随着熔盐电解的发展，电解单质金属、合金金属技术逐步产业化，如海绵钛精炼制备高纯钛粉、MER工艺、铜合金粉等。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种加工方法简单，成本低，制备的镍钛合金粉纯度高的新工艺。
[0007]本发明熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，所述方法以含钛离子、镍离子的氯盐为熔盐体系，以金属镍或金属钛或镍钛合金为阳极，以钼棒或碳钢为阴极，通过控制电解质体系中镍离子、钛离子质量浓度分别为0.01?10%，以及阴极电流密度0.01?2A/cm2，得到阴极产物，洗涤，干燥，即得镍钛合金粉。
[0008]上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其中熔盐体系是将金属镍或镍钛合金置于熔融氯盐体系中，加入TiCl4，与金属镍或镍钛合金反应后制备而成。
[0009]进一步的，上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其中所述氯盐为氯化钠或氯化钾中至少一种。
[0010]上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，阴极电流密度满足阳极材料镍或钛的溶解电压。
[0011]进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其中阳极材料溶解电压优选为3.8?4.2V。
[0012]上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，最终得到的阴极产物必须采用0.5?Iwt %稀盐酸进行洗涤，去除电解质。
[0013]本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种粒度、镍钛比例可控的镍钛合金粉。
[0014]上述所述镍钛合金粉，是由熔盐电解法制备而成，其中，熔盐电解法以含钛离子、镍离子的氯盐为熔盐体系，以金属镍或金属钛或镍钛合金为阳极，以钼棒为阴极，通过控制电解质体系中镍离子、钛离子的质量浓度分别为0.01?10%，以及阴极电流密度，得到阴极产物，洗涤，干燥，即得镍钛合金粉。
[0015]上述所述镍钛合金粉，其纯度多99.9%。
[0016]本发明采用熔盐电解制备的镍钛合金粉，可以进行镍钛合金废料回收利用，生产成本低，通过控制电解操作制度、电解质体系、阳极形式，可以得到不同比例、不同粒度的镍钛合金粉，且纯度可达99.9%以上，可实现产业化生产。
【具体实施方式】
[0017]本发明熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，所述方法以含钛离子、镍离子的氯盐为熔盐体系，以金属镍或金属钛或镍钛合金为阳极，以钼棒或碳钢为阴极，通过控制电解质体系中镍离子、钛离子质量浓度分别为0.01?10%，以及阴极电流密度0.01?2A/cm2，得到阴极产物，洗涤，干燥，即得镍钛合金粉。
[0018]上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其中熔盐体系是将金属镍或镍钛合金置于熔融氯盐体系中，加入TiCl4，与金属镍或镍钛合金反应后制备而成。其中，加入的TiCl4与金属镍或镍钛合金反应，生成TiCl 2、TiCl3, NiCl2，通过控制11(:14的加入量来控制镍离子、钛离子浓度，及其价态；
[0019]进一步的，上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其中所述氯盐为氯化钠或氯化钾中至少一种。
[0020]上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其中熔盐体系中的镍离子、钛离子的质量浓度分别为0.01?10%。
[0021]上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，阴极电流密度必须满足阳极材料镍或钛的溶解电压。本发明通过控制阴极电流密度，可获得不同粒度、镍钛比的阴极产物，阴极电流密度影响最终产品的粒度，当阴极电流密度低于0.2A/cm2，更有利于金属离子析出成核长大，因此制备的产品粒度粗，粒度可达20目以上；当阴极电流密度高于lA/cm2，制备的产品粒度就细，粒度在-200目以下；同时由于镍钛离子的析出电位有差异，因此必须保证镍离子析出电压。
[0022]进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其中阳极材料溶解电压优选为3.8?4.2V。其中阳极料主要以镍钛合金块或纯镍或纯钛为原料，通过控制其电解放电电位，使阳极料溶解，但是由于钛离子放电电位低于镍离子电位，必须考虑电解电压高于镍离子放电电位，且考虑电解质中镍离子、钛离子浓度不一样，以及其他元素的放电电位，最好控制电解电压为3.8V?4.2V之间。
[0023]上述所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，最终得到的阴极产物必须采用0.5?lwt%#盐酸进行洗涤，去除电解质，可得到高纯的镍钛粉。阴极产物中主要夹杂着电解质及镍钛合金粉，电解质由于含有低价钛离子、镍离子，容易水解而造成产物污染，因此必须采用0.5wt%?Iwt %的稀盐酸进行处理。
[0024]本发明还提供一种粒度、镍钛比例可控的镍钛合金粉。
[0025]上述所述镍钛合金粉，是由熔盐电解法制备而成，其中，熔盐电解法以含钛离子、镍离子的氯盐为熔盐体系，以金属镍或金属钛或镍钛合金为阳极，以钼棒或碳钢为阴极，通过控制电解质体系中镍离子、钛离子的质量浓度分别为0.01?10%，以及阴极电流密度，得到阴极产物，洗涤，干燥，即得镍钛合金粉。
[0026]上述所述镍钛合金粉，其纯度多99.9%。
[0027]下面结合实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0028]实施例1
[0029]以氯化钠、氯化钾(摩尔比1:1)为熔盐体系总重量5Kg，将镍钛合金200g置于熔盐中，加入600g 11(:14与镍钛合金反应制备含钛离子、镍离子的电解质体系；采用石墨篮筐做阳极装料筐，将镍钛合金块置于其中，以钼棒为阴极杆；通过控制阳极电流输出电压
3.8V，阴极电流密度0.1 A/cm2,电解时间5小时，成功获得阴极产物(含电解质)40g ;采用Iwt %的稀盐酸进行后处理，除去电解质，烘干，获得高纯镍钛合金粉12g，通过检测分析其总镍、钛纯度达到99.95%。
[0030]实施例2
[0031]以氯化钠、氯化钾(摩尔比1:2)为熔盐体系总重量10Kg，将镍钛合金500g置于熔盐中，加入2000g 11(:14与镍钛合金反应制备含钛离子、镍离子的电解质体系；采用石墨篮筐做阳极装料筐，将镍钛合金块置于其中，以钼棒为阴极杆；通过控制阳极电流输出电压
4.2V，阴极电流密度1.0A/cm2，电解时间10小时，成功获得阴极产物(含电解质)10g ;采用0.Swt %的稀盐酸进行后处理，除去电解质，烘干，获得高纯镍钛合金粉20g，通过检测分析其总镍、钛纯度达到99.93%。
【主权项】
1.熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其特征在于:所述方法以含钛离子、镍离子的氯盐为熔盐体系，以金属镍或金属钛或镍钛合金为阳极，以钼棒或碳钢为阴极，通过控制电解质体系中镍离子、钛离子质量浓度分别为0.0l?10%，以及阴极电流密度0.01?2A/cm2，得到阴极产物，洗涤，干燥，即得镍钛合金粉。2.根据权利要求1所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其特征在于:熔盐体系是将金属镍或镍钛合金置于熔融氯盐体系中，加入TiCl4，与金属镍或镍钛合金反应后制备而成。3.根据权利要求1或2所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其特征在于:所述氯盐为氯化钠或氯化钾中至少一种。4.根据权利要求1所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其特征在于:阴极电流密度满足阳极材料镍或钛的溶解电压。5.根据权利要求4所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其特征在于:阳极材料溶解电压为3.8?4.2Vo6.根据权利要求1所述熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，其特征在于:阴极产物采用0.5?Iwt%稀盐酸进行洗涤，去除电解质。7.权利要求1?6任一项所述方法制备的镍钛合金粉，其特征在于:该镍钛合金粉是由熔盐电解法制备而成；其中，熔盐电解法以含钛离子、镍离子的氯盐为熔盐体系，以金属镍或金属钛或镍钛合金为阳极，以钼棒为阴极，通过控制电解质体系中镍离子、钛离子的质量浓度分别为0.01?10%，以及阴极电流密度，得到阴极产物，洗涤，干燥，即得镍钛合金粉。8.根据权利要求7所述镍钛合金粉，其特征在于:镍钛合金粉的纯度多99.9%。
【专利摘要】本发明涉及一种熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，属有色金属冶炼领域。本发明熔盐电解制备镍钛合金粉的方法，以含钛离子、镍离子的氯盐为熔盐体系，以金属镍或金属钛或镍钛合金为阳极，以钼棒为阴极，通过控制电解质体系中镍离子、钛离子浓度以及阴极电流密度，得到阴极产物，洗涤，干燥，即得镍钛合金粉。本发明采用熔盐电解制备的镍钛合金粉，可以进行镍钛合金废料回收利用，生产成本低，制备的镍钛合金粉纯度高达99.9％，可实现产业化生产。
【IPC分类】C25C5/04
【公开号】CN105350028
【申请号】CN201510828595
【发明人】赵三超
【申请人】攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月24日