本發(fā)明涉及一種金屬粉末的制備方法，具體是一種以工業(yè)硫酸銅為原料的、超細(xì)銅粉的電積制備方法。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)科技的發(fā)展，超細(xì)金屬粉體逐漸成為新興高科技產(chǎn)品和尖端工業(yè)基礎(chǔ)材料。超細(xì)銅粉由于其強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能好等特性而成為用途廣、潛力大、經(jīng)濟(jì)附加值高的基礎(chǔ)功能性粉體材料，廣泛應(yīng)用于冶金、電子、醫(yī)藥和機(jī)械等領(lǐng)浴。

銅粉顆粒大小和抗氧化性是衡量銅粉性能的主要指標(biāo)，也是影響銅粉價(jià)格的主要因素。目前，較為成熟的銅粉制備方法有霧化法、化學(xué)還原法和電解法。霧化法和化學(xué)還原法依賴于電解銅或以純銅等為原料，使生產(chǎn)成本居高不下；電解法一般采用純銅板做陽極，鈦板做陰極，硫酸鹽體系做電解液，電解后的殘陽極需不斷更換及再次熔鑄，產(chǎn)生的銅粉顆粒較大，達(dá)不到微米級，且粒度分布不均勻、團(tuán)聚嚴(yán)重，導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)工藝勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高，得到的銅粉經(jīng)濟(jì)附加值低。申請?zhí)枮?00510007317.9的中國發(fā)明專利提供了一種電積生產(chǎn)銅粉的方法，其以海綿銅或廢雜銅為原料，擴(kuò)大了銅粉的原料來源，從根本上降低了銅粉的生產(chǎn)成本，但該方法制得的銅粉粒徑依然較大，可達(dá)70 μm左右，且其抗氧化性能也無法得到保障，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)附加值依然較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)成本低廉、銅粉粒度小且分布均勻、銅粉抗氧化性能高的超細(xì)銅粉的電積制備方法，以進(jìn)一步提高銅粉的經(jīng)濟(jì)附加值。

本發(fā)明的目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的：以工業(yè)硫酸銅為原料，配置硫酸銅溶液，然后加入濃氨水、硫酸和分散劑穩(wěn)定銅離子，改變銅的析出電位、增大固體顆粒間的反作用力后進(jìn)行電積，使銅穩(wěn)定析出得到銅粉，最后將銅粉水洗后置于抗氧化劑溶液中，室溫下攪拌進(jìn)行表面改性后再水洗、真空干燥，從而得到超細(xì)銅粉。具體包括以下步驟：

（1）電解槽的配置

自制玻璃纖維電解槽，以Pb-Ca-Sn合金板為陽極，純銅片為陰極，極距為4-5 cm；

（2）含銅溶液的配制

以工業(yè)硫酸銅為原料，配制成銅離子濃度為90-150 g/L的硫酸銅溶液并過濾；取濾液加入絡(luò)合劑、硫酸和分散劑，配制成銅離子濃度為5-40 g/L、氨水濃度為80-160 g/L、硫酸濃度為60-200 g/L、分散劑量為0.01-3%的溶液，水浴加熱至30-60℃后泵入電解槽內(nèi)；

（3）銅粉的電積制備

通入直流電，控制陰極電流密度600-2500 A/m²；電積過程中，采用蠕動(dòng)泵進(jìn)行循環(huán)液的進(jìn)液和出液控制，以及向循環(huán)液中補(bǔ)加銅離子濃度為90-150 g/L的硫酸銅溶液，以維持電積環(huán)境的穩(wěn)定，每小時(shí)加入量為總循環(huán)液體積的1-5%；

（4）刮粉作業(yè)

電積過程中，每5-8 min進(jìn)行一次刮粉作業(yè)，以降低銅粉的粒徑；

（5）銅粉抗氧化處理

電積作業(yè)后，抽出電積后液，將銅粉用去離子水洗滌至中性以徹底除去銅粉中殘留的電解質(zhì)離子后置于抗氧化劑的無水乙醇溶液中，于室溫下通過攪拌進(jìn)行表面改性；改性后的銅粉再次用去離子水洗滌后，真空干燥即可。

上述步驟（2）中分散劑為聚乙烯醇，三乙醇胺或聚乙烯吡咯烷酮。

步驟（5）中抗氧化劑為十二硫醇或硬脂酸鈉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1-0.5%；攪拌改性的轉(zhuǎn)速為100-300 r/min，時(shí)間為15-30 min；改性、洗滌后銅粉的干燥壓力為0.05-0.1 Mpa，干燥溫度為40-70 ℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

（1）本發(fā)明超細(xì)銅粉的電積制備方法以工業(yè)硫酸銅為原料，其成本更低，原料來源更為廣泛。

（2）本發(fā)明通過向硫酸銅溶液中加入氨水使Cu²⁺與絡(luò)合生成較為穩(wěn)定的[Cu(NH₃)₄]²⁺，改變了Cu²⁺在陰極上的析出電位，使銅離子在陰極均勻的析出，得到粒徑較小、均勻、且分布較窄的超細(xì)銅粉。

（3）采用本發(fā)明中方法制備的超細(xì)銅粉中位粒徑約為0.925 μm，可在空氣中放置150天以上而不被氧化，性質(zhì)穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中方法制備的超細(xì)銅粉粒度分布圖。

圖中，橫坐標(biāo)表示粒徑，縱坐標(biāo)表示粒徑分布，曲線a為微積分布曲線，曲線b為累計(jì)分布曲線。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

自制玻璃纖維電解槽，以Pb-Ca-Sn合金板為陽極，純銅片為陰極，極距為4 cm；以工業(yè)硫酸銅為原料，配制成銅離子濃度為90 g/L的硫酸銅溶液并過濾；取濾液加入濃氨水、硫酸和聚乙烯醇，配制成銅離子濃度為5 g/L、氨水濃度為80 g/L、硫酸濃度為60 g/L、聚乙烯醇量為0.01%的溶液，水浴加熱至30 ℃后泵入電解槽內(nèi)；通入直流電，控制陰極電流密度為600 A/m²；電積過程中，采用蠕動(dòng)泵進(jìn)行循環(huán)液的進(jìn)液和出液控制，以及向循環(huán)液中補(bǔ)加銅離子濃度為90 g/L的硫酸銅溶液，以維持電積環(huán)境的穩(wěn)定，每小時(shí)加入量為總循環(huán)液體積的5%；電積過程中，每5 min進(jìn)行一次刮粉作業(yè)，以降低銅粉的粒徑；電積作業(yè)后，抽出電積后液，將銅粉用去離子水洗滌至中性以徹底除去銅粉中殘留的電解質(zhì)離子后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的十二硫醇—無水乙醇溶液中，于室溫下以100 r/min攪拌15 min進(jìn)行表面改性；改性后的銅粉再次用去離子水洗滌后在壓力0.1 Mpa，溫度為65 ℃下真空干燥。

粒徑分析表明，采用上述方法制備的銅粉粒徑較小，分布均勻且窄，中位粒徑D50=0.877 μm（圖1中曲線a，b）。

室溫空氣中的穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，銅粉在155天內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定。

實(shí)施例2

自制玻璃纖維電解槽，以Pb-Ca-Sn合金板為陽極，純銅片為陰極，極距為4 cm；以工業(yè)硫酸銅為原料，配制成銅離子濃度為120 g/L的硫酸銅溶液并過濾；取濾液加入濃氨水、硫酸和聚乙烯醇，配制成銅離子濃度為10 g/L、氨水濃度為100 g/L、硫酸濃度為80 g/L、聚乙烯醇量為3%的溶液，水浴加熱至40℃后泵入電解槽內(nèi)；通入直流電，控制陰極電流密度為1800 A/m²；電積過程中，采用蠕動(dòng)泵進(jìn)行循環(huán)液的進(jìn)液和出液控制，以及向循環(huán)液中補(bǔ)加銅離子濃度為100 g/L的硫酸銅溶液，以維持電積環(huán)境的穩(wěn)定，每小時(shí)加入量為總循環(huán)液體積的4%；電積過程中，每5 min進(jìn)行一次刮粉作業(yè)，以降低銅粉的粒徑；電積作業(yè)后，抽出電積后液，將銅粉用去離子水洗滌至中性以徹底除去銅粉中殘留的電解質(zhì)離子后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的十二硫醇—無水乙醇溶液中，于室溫下以300 r/min攪拌20 min進(jìn)行表面改性；改性后的銅粉再次用去離子水洗滌后在壓力0.05 Mpa，溫度為40℃下真空干燥。

粒徑分析表明，采用上述方法制備的銅粉粒徑較小，分布均勻且窄，中位粒徑D50=0.882 μm。

室溫空氣中的穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，銅粉在160天內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定。

實(shí)施例3

自制玻璃纖維電解槽，以Pb-Ca-Sn合金板為陽極，純銅片為陰極，極距為4.5 cm；以工業(yè)硫酸銅為原料，配制成銅離子濃度為120 g/L的硫酸銅溶液并過濾；取濾液加入濃氨水、硫酸和三乙醇胺，配制成銅離子濃度為15 g/L、氨水濃度為120 g/L、硫酸濃度為120 g/L、三乙醇胺量為0.05%的溶液，水浴加熱至40 ℃后泵入電解槽內(nèi)；通入直流電，控制陰極電流密度為1600 A/m²；電積過程中，采用蠕動(dòng)泵進(jìn)行循環(huán)液的進(jìn)液和出液控制，以及向循環(huán)液中補(bǔ)加銅離子濃度為120 g/L的硫酸銅溶液，以維持電積環(huán)境的穩(wěn)定，每小時(shí)加入量為總循環(huán)液體積的3%；電積過程中，每5 min進(jìn)行一次刮粉作業(yè)，以降低銅粉的粒徑；電積作業(yè)后，抽出電積后液，將銅粉用去離子水洗滌至中性以徹底除去銅粉中殘留的電解質(zhì)離子后置于濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的硬脂酸鈉—無水乙醇溶液中，于室溫下以200 r/min攪拌30 min進(jìn)行表面改性；改性后的銅粉再次用去離子水洗滌后在0.08 Mpa，溫度為55 ℃下真空干燥。

粒徑分析表明，采用上述方法制備的銅粉粒徑較小，分布均勻且窄，中位粒徑D50=0.925 μm。

室溫空氣中的穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，銅粉在170天內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定。

實(shí)施例4

自制玻璃纖維電解槽，以Pb-Ca-Sn合金板為陽極，純銅片為陰極，極距為5 cm；以工業(yè)硫酸銅為原料，配制成銅離子濃度為150 g/L的硫酸銅溶液并過濾；取濾液加入濃氨水、硫酸和聚乙烯吡咯烷酮，配制成銅離子濃度為30 g/L、氨水濃度為150 g/L、硫酸濃度為150 g/L、聚乙烯吡咯烷酮量為1.5%的溶液，水浴加熱至50 ℃后泵入電解槽內(nèi)；通入直流電，控制陰極電流密度為2200 A/m²；電積過程中，采用蠕動(dòng)泵進(jìn)行循環(huán)液的進(jìn)液和出液控制，以及向循環(huán)液中補(bǔ)加銅離子濃度為150 g/L的硫酸銅溶液，以維持電積環(huán)境的穩(wěn)定，每小時(shí)加入量為總循環(huán)液體積的2%；電積過程中，每6 min進(jìn)行一次刮粉作業(yè)，以降低銅粉的粒徑；電積作業(yè)后，抽出電積后液，將銅粉用去離子水洗滌至中性以徹底除去銅粉中殘留的電解質(zhì)離子后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的硬脂酸鈉—無水乙醇溶液中，于室溫下以300 r/min攪拌15 min進(jìn)行表面改性；改性后的銅粉再次用去離子水洗滌后在0.1 Mpa，溫度為45℃下真空干燥。

粒徑分析表明，采用上述方法制備的銅粉粒徑較小，分布均勻且窄，中位粒徑D50=0.952 μm。

室溫空氣中的穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，銅粉在170天內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定。

實(shí)施例5

自制玻璃纖維電解槽，以Pb-Ca-Sn合金板為陽極，純銅片為陰極，極距為5 cm；以工業(yè)硫酸銅為原料，配制成銅離子濃度為150 g/L的硫酸銅溶液并過濾；取濾液加入濃氨水、硫酸和聚乙烯吡咯烷酮，配制成銅離子濃度為40 g/L、氨水濃度為160 g/L、硫酸濃度為200 g/L、聚乙烯吡咯烷酮量為3%的溶液，水浴加熱至60℃后泵入電解槽內(nèi)；通入直流電，控制陰極電流密度為2500 A/m²；電積過程中，采用蠕動(dòng)泵進(jìn)行循環(huán)液的進(jìn)液和出液控制，以及向循環(huán)液中補(bǔ)加銅離子濃度為150 g/L的硫酸銅溶液，以維持電積環(huán)境的穩(wěn)定，每小時(shí)加入量為總循環(huán)液體積的1%；電積過程中，每8 min進(jìn)行一次刮粉作業(yè)，以降低銅粉的粒徑；電積作業(yè)后，抽出電積后液，將銅粉用去離子水洗滌至中性以徹底除去銅粉中殘留的電解質(zhì)離子后置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%的硬脂酸鈉—無水乙醇溶液中，于室溫下以100 r/min攪拌30 min進(jìn)行表面改性；改性后的銅粉再次用去離子水洗滌后在0.05 Mpa，溫度為70℃下真空干燥。

粒徑分析表明，采用上述方法制備的銅粉粒徑較小，分布均勻且窄，中位粒徑D50=0.987 μm。

室溫空氣中的穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，銅粉在175天內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定。