一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法及其应用。本发明专利技术通过独特的电解系统设计，使电解液在电解过程中形成溢流和涡流，溢流和涡流电解液不断地冲刷电极和电解槽，可以有效的防止纳米第二相在电极和电解槽的表面吸附以及纳米第二相的团聚。通过电解液成分设计，尤其是电解质、增稠剂和络合剂的配合使用，可实现铁磁性合金的选择性电解反应，实现铁磁性合金中基体与第二相的有效分离，抑制Fe

【技术实现步骤摘要】
一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法


[0001]本专利技术涉及一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法，属于电化学及材料表征领域。

技术介绍

[0002]第二相强化铁磁性合金是一类重要的合金材料。对铁磁性合金中微、纳尺度第二相进行准确表征，是设计和发展高性能铁磁性合金及其制备技术的重要途径。金相显微镜及扫描电镜无法完整的表征微、纳尺度第二相的结构、晶格序列等信息，尤其是纳米第二相，需要使用透射电镜/高分辨透射电镜(TEM/HRTEM)对其进行分析表征，而高质量TEM/HRTEM测试样品的制备是对合金准确表征的重要前提。
[0003]目前，TEM/HRTEM样品主要制备方法有聚焦离子束减薄(FIB)、电解双喷减薄、离子减薄。使用FIB制备铁磁性合金TEM/HRTEM测试样品时，被离子束冲击分离的磁性样品，易对扫描电镜设备带来不可逆损伤；采用电解双喷减薄或离子减薄制备铁磁性合金TEM/HRTEM测试样品，样品较薄且易碎，容易出现强化相或合金基体脱落的现象，使所制备的TEM样品所含第二相信息不完整，也易对电镜系统也会造成污染及不可逆损伤。由此可见，由于铁磁性合金具有较强的磁性，特别是易碎的磁性材料，给TEM/HRTEM测试样品制备带来了极大的挑战。同时，铁磁性合金样品在电磁场作用下被磁化，对电镜设备有很强的信号干扰，影响测试表征的准确性，因此，对于铁磁性和磁性材料样品，只能采用具有独特结构的透射电镜才能进行TEM/HRTEM结构观察，极大地增加了铁磁性合金的分析表征成本，急需开发低成本、设备友好的铁磁性合金TEM样品及其制备技术。
[0004]针对以上问题，Zhao等[Qian Zhao,et al.Advanced Powder Technology 26(2015)1578
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1582]采用20％的盐酸提取气雾化、球磨及退火Fe
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14Cr
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2W
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0.2V
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0.07Ta粉末中Y2O3，然后对其进行离心、清洗，超声分散，使用悬浮液制备了TEM分析样品，对其进行了TEM表征。中国专利CN102213654A公开了有机溶液电解萃取和检测钢中非金属夹杂物的方法，在有机电解液中使钢发生选择性电解反应，利用滤纸分离出电解液中的大尺寸非金属夹杂物，并使用扫描电镜进行观测。中国专利CN102818723A公开了一种电解提取和检测钢中细微夹杂物的方法，使用有机电解液对钢试样进行电解，采用离心法对电解液进行分离并收集夹杂物，进行扫描电镜检测。中国专利CN108802079A公开了一种铁磁性合金粉末的第二相表征方法，该专利设计了一种在室温下能够正常使用的电解液。
[0005]上述报道存在如下问题：
[0006](1)Y2O3容易在盐酸中发生化学反应、溶解，极易使Y2O3，尤其是纳米Y2O3相的结构破坏，制样条件苛刻；Fe
3+
容易发生水解，形成Fe(OH)3胶体或沉淀，沉降并包覆于第二相颗粒表面，污染样品；
[0007](2)上述电解液及其使用还存在以下问题：
①
电解反应速率及效率较低；
②
经电解反应分离的第二相，尤其是尺寸小于20nm的第二相颗粒容易吸附在电极以及电解槽壁表面，且不易脱附，导致第二相颗粒信息失真，尤其是尺寸小于等于10nm的第二相颗粒信息，
基本处理完全失真状态；
③
小于20nm的颗粒物极易团聚，单纯的使用超声还是无法从根本上解决这一问题；
④
大尺寸第二相沉降阻力小，在电解过程中易沉降，使用上述电解液，易造成部分大尺寸沉降、流失，最终导致大尺寸第二相信息缺失，无法完整的反映第二相的信息；
[0008](3)在使用滤纸分离钢中夹杂物时，受滤纸孔径限制，纳米尺度的颗粒也容易在过滤过程中流失；同时，纳米第二相容易吸附在滤纸表面及孔隙处，造成所制备样品中部分第二相缺失；采用离心法收集第二相时，由于纳米第二相不易沉降，易造成纳米第二相信息的缺失。
[0009]总之，铁磁性合金具有较强的磁性，使用常规方法制备TEM/HRTEM测试样品易碎，易脱落，存在损伤电镜的潜在风险；第二相信息不完整，给铁磁性合金TEM/HRTEM样品的制备以及准确表征带来了极大地困难。采用酸溶法提取第二相时，Y2O3容易在盐酸中发生化学反应，制样条件苛刻；Fe
3+
离子会形成Fe(OH)3胶体或沉淀，包覆于第二相颗粒表面，污染样品；采用过滤、离心等物理方法分离时，纳米尺度第二相容易流失，所制备样品不能完整的反映合金中第二相信息。目前采用的电解技术分离的第二相，尤其是尺寸小于20nm的第二相容易吸附在电极表面，大尺寸第二相易沉降，存在电解时间长、效率低且小尺寸第二相信息不完整等问题。

技术实现思路

[0010]针对以上问题，本专利技术提出了一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法，并将其应用于制备铁磁性合金的TEM/HRTEM样品。使用该方法，可实现铁磁性合金中纳米第二相无损提取与表征，方法简单，可重复性强，可以准确提取小于15nm的第二相。
[0011]所述电解系统由铁磁性合金、电源、中空锥形多孔状惰性电极、中空多孔导电惰性电极、电解液储备槽、电解槽、超声装置、1号泵、2号泵和电解液组成。
[0012]本专利技术提出一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法，将铁磁性合金连接在中空多孔导电惰性电极的下部，将中空多孔导电惰性电极与电源正极相连；通过1号泵及管路连接中空多孔导电电极和电解液储槽；将铁磁性合金悬空置于电解槽内，铁磁合金距离电解槽底部的垂直距离为1-3cm，所述铁磁合金距离溢流口的距离大于12cm、优选为大于20cm。将中空锥形多孔惰性电极与电源负极相连；通过2号泵及管路连接中空锥形多孔惰性电极和电解液储槽；所述中空锥形多孔惰性电极上孔径为100～5000μm、优选100～1000μm；中空锥形多孔惰性电极垂直置于电解槽内，且将中空锥形多孔惰性电极与电源相连的接头位于溢流口的上方；通过管道连接溢流口和电解槽；所述电解槽外壁上布置超声装置；
[0013]定义：开始电解反应前，储存槽内电解液体积为V1，电解槽内溢流口之下的体积为V2，所有管路填满的体积为V3；V1/(V2+V3)＝1.1-1.3。中空锥形多孔惰性电极的底部为中空结构，且底部孔的孔径为100～5000μm、优选100～1000μm。
[0014]所述电解槽外壁上布置超声装置；完成个部件的组装后，按照下述方案进行电解：
[0015]步骤一：开启1号泵和/或2号泵，使用电机泵，将电解储液加入电解槽内；
[0016]步骤二：开启超声装置，当电解液接触到铁磁性合金时，控制电解液流速，使电解液形成涡流，并使进入电解槽的电解液通过溢流口回流至电解液储备槽，开启电源进行电解；
[0017]步骤三：电解结束后，在超声条件下使用电解液冲洗电极和电解槽，时间为3～10min；所述冲洗液为新配制的电解液；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法，其特征在于：使用电解系统提取铁磁性合金中纳米第二相，制备铁磁性合金第二相的TEM/HRTEM测试样品，实现纳米第二相的无损提取；所述电解系统由铁磁性合金、电源、中空锥形多孔惰性电极、中空多孔导电惰性电极、电解液储备槽、电解槽、超声装置、1号泵、2号泵和电解液组成。2.根据权利要求1所述的一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法，其特征在于：将铁磁性合金连接在中空多孔导电惰性电极的下部，将中空多孔导电惰性电极与电源正极相连；通过1号泵及管路连接中空多孔导电电极和电解液储槽；将铁磁性合金悬空置于电解槽内，铁磁合金距离电解槽底部的垂直距离为1-3cm，所述铁磁合金距离溢流口的距离大于12cm、优选为大于20cm；将中空锥形多孔惰性电极与电源负极相连；通过2号泵及管路连接中空锥形多孔惰性电极和电解液储槽；所述中空锥形多孔惰性电极上的孔径为100～5000μm、优选100～1000μm；中空锥形多孔惰性电极垂直置于电解槽内，将中空锥形多孔惰性电极与电源相连的接头位于溢流口的上方；通过管道连接溢流口和电解槽；所述电解槽外壁上布置超声装置；定义：开始电解反应前，储存槽内电解液体积为V1，电解槽内溢流口之下的体积为V2，所有管路填满的体积为V3；V1/(V2+V3)＝1.1-1.3；中空锥形多孔惰性电极的底部为中空结构，且底部孔的孔径为100～5000μm、优选100～1000μm。3.根据权利要求1所述的一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法，其特征在于；电解过程包括以下步骤：步骤一：开启1号泵和/或2号泵，将电解储液加入电解槽内；步骤二：开启超声装置，当电解液接触到铁磁性合金时，开启电源进行电解，控制电解液流速，使电解液形成涡流，并使进入电解槽的电解液通过溢流口回流至电解液储备槽；步骤三：电解结束后，在超声条件下使用冲洗电极和电解槽，时间为3～10min；所述冲洗液为新配制的电解液；冲洗液的体积为0.3V1～0.6V1；步骤四：在超声条件下对电解槽内的液体进行冷冻干燥处理，得到纳米第二相或纳米第二相悬浮液...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祖铭，卢思哲，李全，吕学谦，艾永康，曹镔，周旭，任亚科，农必重，魏冰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：