一种高温抗氧化羰基铁粉及其吸波涂层制备方法与流程

本发明涉及电磁吸波，具体来说涉及一种高温抗氧化羰基铁粉，同时还涉及该吸波涂层制的制备方法。

背景技术：

1、羰基铁粉是一种传统磁损耗型吸收剂，具有微波磁导率较高，匹配厚度较小、温度稳定性好(居里温度高达770°c)、饱和磁化强度高等优点在隐身技术领域具有广泛的应用前景和发展潜力，受到了越来越多的研究者的重视。然而，在实际应用中存在高温抗氧化性能和耐腐蚀性能较差，所制备的涂层结合强度不高、易脱落等问题。目前，羰基铁粉的高温抗氧化性能和耐腐蚀性研究，主要通过在其表面包覆一层有机物或无机物来抵抗高温下空气中氧气的扩散，但前提是包覆层必须是连续、均匀、致密且不被氧化或不易被氧化的。常用于羰基铁粉抗氧化的包覆层主要有抗氧化性能较好的金属(ni、co、ag等)、氧化物(fe3o4、sio2、al2o3、zno等)、铁氧体(cofe2o4、mgfe2o4)等。包覆层的制备方法有化学镀、表面沉积技术、液相化学还原、溶胶-凝胶法、化学气相沉积、金属化合物化学气相沉积、化学钝化等。有研究者采用化学镀、表面沉积技术或液相化学还原等技术，将羰基铁粉表面包覆ag层、co层、ni层。研究结果表明，形成的金属包覆层对羰基铁粉的抗氧化性有一定提高，特别是包覆有co层的羰基铁粉，其抗氧化性能显著提高。但由于这些金属包覆层在高温长期使用过程中逐渐形成的氧化银、氧化钻、氧化镍等并不致密，因此这类包覆层还不能达到羰基铁粉长期抗氧化性能的要求。刘等人采用原子层沉积技术对微纳米级羰基铁粉进行表面包覆改性，以三甲基铝和水为前驱体，在羰基铁粉表面生长了无定型氧化铝薄层，但由于氧化铝层包覆疏松，致使羰基铁粉抗氧化性较弱。专利文献（公开号cn101210319 a）公开了一种有机溶剂镀铝方法。该方法可以在不通电的情况下对粉体材料进行镀铝，得到高温抗氧化性和耐腐蚀性较好的复合粉末，但存在包覆过厚，影响羰基铁粉本身的性能，且该方法存在有机溶剂对身体有害和污染环境的问题。因此，制备合适厚度的氧化铝保护层，对羰基铁粉本身性能及高温抗氧化性能、耐腐蚀性能尤为重要。此外，对于羰基铁粉吸波涂层的制备工艺，通过羰基铁粉和环氧树脂混合，并通过涂刷方式制备涂层，获得更优的匹配厚度和更宽的吸收带宽，但该方法得到的羰基铁涂层与基板结合强度较弱，涂层易脱落，难以应大规模应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种抗氧化，耐腐蚀，生产效率高、环保，基板结合强度高的高温抗氧化羰基铁粉及其吸波涂层制备方法。

2、本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的:

3、本发明的一种高温抗氧化羰基铁粉，包括以下原料：

4、羰基铁粉10kg、铝盐10l、还原剂5l、络合剂2l、缓冲剂1l、表面活性剂0.2 kg，去离子水30l。

5、一种高温抗氧化羰基铁粉的吸波涂层制备方法，包括以下步骤：

6、1）电解反应：

7、在电解槽中，加入羰基铁粉10kg、铝盐10l、还原剂5l、络合剂2l、缓冲剂1l、表面活性剂0.2 kg，去离子水30l，然后通入直流电2h进行电解反应，控制电流密度为2a/dm2，温度为40℃，搅拌速度为300rpm，得到铝包覆的羰基铁粉材料；

8、2）清洗：

9、将将得到的悬浮液，倒掉上清液，下层沉淀物，放入到50l玻璃槽中，每次加入30l去离子水，并进行搅拌和抽滤，重复5次；

10、3）抽滤：

11、对步骤 2）中清洗的铝包覆的羰基铁粉材料，进行搅拌和抽滤，重复5次；

12、4）干燥：

13、将清洗和抽滤后，湿的铝包覆的羰基铁粉材料，放入长宽高为60cm×40cm×5cm金属铁盒中，再移到鼓风干燥箱中，设置烘干温度60℃，干燥5h，再升温至90℃，干燥2h；

14、5）热处理：

15、将步骤 4）中干燥后得到的铝包覆的羰基铁粉材料，放入50个140mm×140mm×50mm玉坩埚中，再移到高温炉400°c下热处理3min后立即取出，即可生成氧化铝包覆的羰基铁粉直径为3-12μm材料；

16、6）冷喷前的预处理：

17、在冷喷涂之前，对铝基板进行预处理，用砂纸对铝基板表面进行打磨，并用酒精进行清理，去除油污和其它杂质；

18、7）冷喷：

19、出粉速度为0.5g/s，喷嘴距基板的距离为15mm，喷嘴的移动速度为200mm/s，冷喷温度为400℃，冷喷过程中的载气为压缩空气，且压缩空气用量400l/min，压缩空气的工作压力0.6mpa，喷涂得到厚度为2mm的涂层。

20、8）涂层热处理：

21、得到的涂层在高温炉350℃下，保温50h，冷却后进行吸波性能测试。

22、步骤1）中羰基铁粉直径为1-10μm，铝盐是硫酸铝溶液，纯度为99%，还原剂是次亚磷酸钠溶液，纯度为99%，络合剂是乙二胺四乙酸二钠溶液，纯度为99.99%，缓冲剂是醋酸溶液，纯度为99.8%，表面活性剂是十二烷基三甲基溴化铵溶液，纯度为99%。

23、本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明通过液相化学还原反应制备、并经过热处理得到的氧化铝包覆羰基铁粉具有优异的抗氧化性能和耐腐蚀，同时保持了原有的磁性能和力学性能。该产品可广泛应用于磁性材料、结构材料等领域。2. 与传统的包覆方式相比，本发明的制备方法具有效率高、环保性好等优点。通过优化制备过程中的各项条件，可以降低生产成本和提高产品质量。同时，该制备方法具有较高的生产效益和市场前景。3. 本发明的制备方法采用环保型的原料和设备，避免了传统化学镀铝方法中使用的有毒有害物质。同时，在生产过程中产生的废水和废气等污染物也得到了有效处理和控制，符合环保要求。4. 本发明的技术方案氧化铝包覆的羰基铁复合粉末，通过冷喷涂在铝基板表面，得到的涂层与基板的结合强度高，可达50mpa以上，能够满足航空、航天等领域负荷和长寿命的要求，羰基铁粉吸波涂层对比样1;

24、准备10kg直径为1-10μm羰基铁粉，对长宽高：180mm×180mm×3mm铝基板进行预处理，用砂纸对铝基板表面进行打磨，并用酒精进行清理，去除油污和其它杂质，取准备好的10kg羰基铁粉，采用dymet 405 型低压冷喷涂设备进行冷喷涂，载气为成本低的压缩空气，出粉速度为0.5g/s，喷嘴距基板的距离为15 mm，喷嘴的移动速度为200mm/s，冷喷温度为400℃，冷喷过程中的载气为压缩空气，且压缩空气用量400l/min，压缩空气的工作压力0.6mpa，喷涂得到厚度为2mm的涂层。进行吸波性能测试,涂层的电磁参数测试采用的矢量网络分析仪型号为agilent technologies p5028a：100mhz-40ghz。测试结果为图1 试样1，涂层的反射损耗在6.4-17ghz频率下低于-8db，在7.5-15ghz频率下低于-10db。

25、羰基铁粉吸波涂层对比样2;

26、准备10kg直径为1-10μm羰基铁粉，对长宽高：180mm×180mm×3mm铝基板进行预处理，用砂纸对铝基板表面进行打磨，并用酒精进行清理，去除油污和其它杂质，取准备好的10kg羰基铁粉，采用dymet 405 型低压冷喷涂设备进行冷喷涂，载气为成本低的压缩空气，出粉速度为0.5 g/s，喷嘴距基板的距离为15 mm，喷嘴的移动速度为200mm/s，冷喷温度为400℃，冷喷过程中的载气为压缩空气，且压缩空气用量400l/min，压缩空气的工作压力0.6mpa，喷涂得到厚度为2mm的涂层，得到的涂层在高温炉350℃下，保温50h，冷却后进行吸波性能测试,涂层的电磁参数测试采用的矢量网络分析仪型号为agilent technologiesp5028a：100mhz-40ghz。测试结果为图1 试样2，得到的涂层的反射损耗在6.5-18ghz 频率下低于-4db，其高温抗氧化性能较差。羰基铁粉吸波涂层对比样3;

27、在电解槽中，加入直径为1-10μm的羰基铁粉10kg、纯度为99%的硫酸铝溶液10l、纯度为99%的次亚磷酸钠溶液5l、纯度为99.99%的乙二胺四乙酸二钠溶液2l、纯度为99.8%的醋酸溶液1l、纯度为99%的十二烷基三甲基溴化铵溶液0.2 kg，并加入30l去离子水，然后通入直流电2h进行电解反应，控制电流密度为2a/dm2，温度为40℃，搅拌速度为300rpm，得到铝包覆的羰基铁粉材料，将得到的悬浮液，倒掉上清液，下层沉淀物，放入到50l玻璃槽中，每次加入30l去离子水，并进行搅拌和抽滤，重复5次，对步骤2）中清洗的铝包覆的羰基铁粉材料，进行搅拌和抽滤，重复5次，将清洗和抽滤后，湿的铝包覆的羰基铁粉材料，放入长宽高为60cm×40cm×5cm金属铁盒中，再移到鼓风干燥箱中，设置烘干温度60℃，干燥5h，再升温至90℃，干燥2h，将步骤4）中干燥后得到的铝包覆的羰基铁粉材料，放入50个140mm×140mm×50mm玉坩埚中，再移到高温炉400°c下热处理3min后立即取出，即可生成氧化铝包覆的羰基铁粉直径为3-12μm材料，对长宽高：180mm×180mm×3mm铝基板进行预处理，用砂纸对铝基板表面进行打磨，并用酒精进行清理，去除油污和其它杂质，取制备好的10kg氧化铝包覆的羰基铁粉复合粉体材料，采用dymet 405 型低压冷喷涂设备进行冷喷涂，载气为成本低的压缩空气，出粉速度为0.5g/s，喷嘴距基板的距离为15mm，喷嘴的移动速度为200mm/s，冷喷温度为400℃，冷喷过程中的载气为压缩空气，且压缩空气用量400l/min，压缩空气的工作压力0.6mpa，喷涂得到厚度为2mm的涂层。涂层的电磁参数测试采用的矢量网络分析仪型号为agilent technologies p5028a：100mhz-40ghz。测试结果为图1 试样3，涂层未经过热处理，涂层的反射损耗在6.5-17ghz 频率下低于-8db。羰基铁粉吸波涂层对比样4;

28、在电解槽中，加入直径为1-10μm的羰基铁粉10kg、纯度为99%的硫酸铝溶液10l、纯度为99%的次亚磷酸钠溶液5l、纯度为99.99%的乙二胺四乙酸二钠溶液2l、纯度为99.8%的醋酸溶液1l、纯度为99%的十二烷基三甲基溴化铵溶液0.2 kg，并加入30l去离子水，然后通入直流电2h进行电解反应，控制电流密度为2a/dm2，温度为40℃，搅拌速度为300rpm，得到铝包覆的羰基铁粉材料,将得到的悬浮液，倒掉上清液，下层沉淀物，放入到50l玻璃槽中，每次加入30l去离子水，并进行搅拌和抽滤，重复5次,对步骤2）中清洗的铝包覆的羰基铁粉材料，进行搅拌和抽滤，重复5次；将清洗和抽滤后湿的铝包覆的羰基铁粉材料，放入长宽高为60cm×40cm×5cm金属铁盒中，再移到鼓风干燥箱中，设置烘干温度60℃，干燥5h，再升温至90℃，干燥2h；将步骤4）中干燥后得到的铝包覆的羰基铁粉材料，放入50个140mm×140mm×50mm玉坩埚中，再移到高温炉400°c下热处理3min后立即取出，即可生成氧化铝包覆的羰基铁粉直径为3-12μm材料；对长宽高：180mm×180mm×3mm铝基板进行预处理，用砂纸对铝基板表面进行打磨，并用酒精进行清理，去除油污和其它杂质；取制备好的10kg氧化铝包覆的羰基铁粉复合粉体材料，用于冷喷采用 dymet 405 型低压冷喷涂设备进行冷喷涂，载气为成本低的压缩空气，出粉速度为0.5g/s，喷嘴距基板的距离为15mm，喷嘴的移动速度为200mm/s，冷喷温度为400℃，冷喷过程中的载气为压缩空气，且压缩空气用量400l/min，压缩空气的工作压力0.6mpa，喷涂得到厚度为2mm的涂层。得到的涂层在高温炉350℃下，保温50h，冷却后进行吸波性能测试。涂层的电磁参数测试采用的矢量网络分析仪型号为agilent technologies p5028a：100mhz-40ghz。测试结果为图 1 试样 4，得到的涂层的反射损耗在2-18ghz 频率下，x 波段（8-12ghz）和 ku 波段（12-18ghz）低于-8db，其中，x 波段达到-10db 以下，具有极好的高温抗氧化性能。参见图1。如图1所示，氧化铝未包覆/包覆的羰基铁粉复合材料，通过冷喷得到厚度为2mm的涂层，并经过热处理（350℃）后，测试其吸波性能。试样1为未包覆氧化铝的羰基铁粉涂层，涂层未经过热处理，涂层的反射损耗在6.4-17ghz频率下低于-8db，在7.5-15ghz频率下低于-10db。试样2为未包覆氧化铝的羰基铁粉涂层，在350℃下保温50h，得到的涂层的反射损耗在6.5-18ghz频率下低于-4db，其高温抗氧化性能较差。试样3为包覆氧化铝的羰基铁粉涂层，涂层未经过热处理，涂层的反射损耗在6.5-17ghz频率下低于-8db。试样4为包覆氧化铝的羰基铁粉涂层，在350℃下保温50h，得到的涂层的反射损耗在2-18ghz频率下，x波段（8-12ghz）和ku波段（12-18ghz）低于-8db，其中，x波段达到-10db以下，具有极好的高温抗氧化性能，可广泛应用于国防、医疗、军事、民用等领域。实现了抗氧化，耐腐蚀，生产效率高、环保，基板结合强度高。

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