鐵粉的制備及應(yīng)用

鐵粉可以通過壓制成形和熱處理工藝獲得鐵粉基軟磁材料，被廣泛應(yīng)用于電工、電力和電子設(shè)備，如電磁鐵鐵芯、斷路器鐵芯、變壓器鐵芯、電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的鐵芯等，近年來PC機(jī)、電源等產(chǎn)品的快速發(fā)展極大帶動(dòng)了對(duì)這種材料的需求。

一、一種超細(xì)鐵粉的制備方法

超細(xì)鐵粉是粉末冶金工業(yè)的基礎(chǔ)原料之一，由于具有較大的比表面積及活性， 因而具有電、磁、光以及催化、吸附和化學(xué)反應(yīng)性等特殊的性能。因此，用途極為廣泛，主要用于粉末冶金、制造機(jī)械零件、生產(chǎn)摩擦材料、減摩材料、超硬材料、磁性材料、潤滑劑及其制品。其次鐵粉廣泛應(yīng)用于化工、切割、發(fā)熱材料、焊條等。目前國內(nèi)已有部分廠家采用還原法生產(chǎn)超細(xì)鐵粉，主要基于還原推舟爐，配套破碎、篩分設(shè)備，但因設(shè)備限 制，生產(chǎn)成本較高，同時(shí)產(chǎn)品形貌不規(guī)則，粒徑不均勻，使用上受也到一定限制。 其他還包括氫氣還原鐵鹽前驅(qū)體制備超細(xì)鐵粉，得到的鐵粉具有良好的樹枝狀形 貌，粒度均勻，生產(chǎn)成本低。但氫氣需專門的產(chǎn)氫設(shè)備，同時(shí)得到的鐵粉需經(jīng)過 破碎等后工序。

針對(duì)上述超細(xì)鐵粉制備方法存在的問題，提供一種超細(xì)鐵粉的制備方法，該方法成本低，鐵粉形貌為球形，粒度分布均勻，無需專門的產(chǎn)氫設(shè)備，且得到的鐵粉無需破碎等后工序。采用的技術(shù)方案如下：將液相合成制備的過150-300目篩的草酸亞鐵粉末放入流態(tài)化爐中，并向流態(tài)化爐通入由1-5％還原性氣體和95-99％惰性氣體組成的弱還原氣氛的氣體，草酸亞鐵粉末在氣流的作用下在流態(tài)化爐內(nèi)做流態(tài)化運(yùn)動(dòng)；將爐內(nèi)加熱升溫至350-500℃ 并保持該溫度，經(jīng)過1-3小時(shí)反應(yīng)，即可得到超細(xì)鐵粉。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)在于：

1、本工藝采用流態(tài)化爐，將草酸亞鐵處于懸浮和翻滾狀態(tài)，且相互之間處于運(yùn)動(dòng)和碰撞狀態(tài)，避免了在煅燒過程中產(chǎn)物的團(tuán)聚，使得超細(xì)鐵粉更加分散且避 免了產(chǎn)品需破碎等后處理過程，粒度更細(xì)，比表面積更大，且球形度也較好，由于所有草酸亞鐵顆粒處于相同的氣氛和狀態(tài)下，所以所得的超細(xì)鐵粉粒度分布更加均勻。

2、由于剛生成的鐵粉表面活性很強(qiáng)，為了避免氧化，需通入弱還原氣氛的氣體保護(hù)避免其被氧化。

3、弱還原氣氛的氣體可采用一些工業(yè)尾氣，包括水煤氣等，避免了需專門的產(chǎn)氫設(shè)備，從而成本更低。

二、一種改性納米鐵粉的制備方法

納米鐵粉與其它納米金屬材料一樣，同樣存在易團(tuán)聚、易氧化、與其他材料復(fù)合時(shí)相溶性差的問題，CN201410058077.4以硫醇、含巰基的硅烷偶聯(lián)劑、陽離子表面活性劑、緩蝕劑和有機(jī)溶劑為原料，對(duì)納米鐵粉進(jìn)行表面改性，制備得到改性納米鐵粉，解決納米鐵粉易團(tuán)聚、易氧化、與其他材料復(fù)合時(shí)相溶性差的問題，具有重要的實(shí)際意義。

目前，國內(nèi)、外關(guān)于同時(shí)使用硫醇、含巰基的硅烷偶聯(lián)劑和緩蝕劑改性納米鐵粉的研究和技術(shù)鮮見報(bào)道。采用如下技術(shù)方案：按照硫醇、含巰基的硅烷偶聯(lián)劑、陽離子表面活性劑、緩蝕劑、有機(jī)溶劑與納米鐵粉的 質(zhì)量百分比為(0.001％～55％)：(0.00001％～45％)：(0.001％～45％)：(0.001％～35％)：(0.001％～98％)：(0.001％～85％)的比例，依次將硫醇、含巰基的硅烷偶聯(lián)劑、陽離子表面活性劑和緩蝕劑加入有機(jī)溶劑中，在頻率為20kHz～1MHz、功率為30W～15kW的超聲波 分散作用下，攪拌0.1h～5.0h后，再加入納米鐵粉，進(jìn)一步在頻率為20kHz～1MHz、功率為30W～15kW的超聲波分散作用下，攪拌反應(yīng)0.1h～20.0h，然后依次經(jīng)過離心分離、無水乙醇洗滌、離心分離、去離子水洗滌、離心分離、真空干燥、研磨和過篩工藝過程，制備得到改性納米鐵粉。

鐵粉在硫酸法鈦白生產(chǎn)中廣泛的應(yīng)用，主要用于三價(jià)鐵的還原。鐵粉在粉末冶金零件生產(chǎn)中的應(yīng)用，鐵粉產(chǎn)量的85％用于粉末冶金零件的制造，其中70％～ 83％的粉末冶金零件用于汽車工業(yè)。鐵粉在磁性材料中的應(yīng)用，粒徑小于5nm的 鐵粉具有很好的磁性。磁性流體是一種新型功能材料，它可以被磁控，用環(huán)狀磁 鐵在旋轉(zhuǎn)密封處產(chǎn)生環(huán)狀磁場(chǎng)，將磁性流體約束在磁場(chǎng)之中形成磁性流體環(huán)，用于無磨損、長壽命的動(dòng)態(tài)密封，磁性流體被磁化后，磁壓力增加，磁性流體中的物體會(huì)浮起，可用于磁性液體比重計(jì)的研制。

超細(xì)鐵粉在醫(yī)藥和食品中的應(yīng)用，利用納米技術(shù)和先進(jìn)的生物技術(shù)相結(jié)合，用超細(xì)鐵粉作為載體，可以使藥物在外 磁場(chǎng)作用下引導(dǎo)至病變部位，使其發(fā)揮特殊的醫(yī)療作用。鐵粉在焊條制造業(yè)中的應(yīng)用，鐵粉也是發(fā)展高效焊條制造業(yè)的主要原料，其耗用量占鐵粉總用量的14％～ 20％。超細(xì)鐵粉可以作為汽車尾氣處理、化工、冶金的催化劑，應(yīng)用于超硬材料、 硬質(zhì)合金、高密度合金、機(jī)械設(shè)備、涂料、橡膠制品顏料等的生產(chǎn)制造，還可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)—種子優(yōu)選、種子凈化、土壤改良等。