一种树枝晶形貌电解铜粉的制备方法与流程

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种树枝晶形貌电解铜粉的制备方法。

背景技术：

1、随着国家经济产业的升级转型，新型材料作为重要的组成部分具有广阔的发展空间。铜粉材料作为大多数新型材料不可缺少的基本材料，因其自身具备的导电性、延伸性、价格适中等特点而受到广泛青睐，并且具有很大的发展前景，但同时新型材料的不断发展也对铜粉微观形貌提出了更加严苛的要求。

2、自20世纪20年代开始，国内外开始工业化生产铜粉，主要为电解法和氧化还原法，随后出现了置换沉淀法、水冶金法和雾化法等新工艺。近年来已经制备出各种不同的微观形貌，例如用雾化法易于制备球形铜粉，完全氧化还原的铜粉呈现完整的海绵多孔结构，使用电解法易于沉积出树枝状形貌铜粉。不同形貌的铜粉在生产中有着不同的应用，块状铜粉能应用于压制自润滑轴承、电刷、金刚石工具等要求具有高强度的电工零件，细粒径的电解铜粉可以用于热喷涂、含浸金属的塑料和热交换器等，而分化程度较好的树枝晶状电解铜粉凭借优异的结合性能、足够大的比表面积与较高的烧结密度在摩擦材料领域应用广泛，尤其是应用于高速列车300km/h以上时速的刹车片。传统的电解铜粉制备只需要适当改变工艺条件，就能获得形貌存在差异的铜粉，满足不同的应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种树枝晶形貌电解铜粉的制备方法，利用电解铜粉在不同工艺参数的制备条件下能制出形貌各异的粉末，在一定的参数范围内实现电解铜粉形貌可控化生产，然后利用各形貌不同特性，广泛应用于各材料领域。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种树枝晶形貌电解铜粉的制备方法，该方法通过电解工艺条件的参数设计，使得在不同领域中生产不同分化程度的铜粉，实现铜粉形貌枝晶分化可控化制备，树枝晶形貌电解铜粉的控制工艺参数范围为：电流密度500~760a/m2，电解液温度50~70℃；电解液的组成为：h+浓度0.07~0.28mol/l，cu2+浓度0.04~0.1mol/l，添加剂十二烷基苯磺酸钠为2~5g/l，水余量。

4、所述的树枝晶形貌电解铜粉的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤1.电解液的配置；

6、（1）根据电解槽容量称取五水硫酸铜晶体于烧杯中，加入去离子水后搅拌形成硫酸铜溶液，此时溶液颜色呈现为深蓝色，并使电解液中的cu2+浓度为0.04~0.1mol/l；

7、（2）量取浓度为0.035~0.14mol/l的硫酸，将其沿烧杯壁缓慢倒入硫酸铜溶液中，此时溶液颜色由深蓝色变为浅蓝色，根据铜粉需求，使电解液中的h+浓度为0.07~0.28mol/l；

8、（3）待溶液颜色稳定下来后，按2~5g/l的浓度加入添加剂十二烷基苯磺酸钠，搅拌至完全溶解后静置，撇去溶液上浮沫后静置作为电解液待用；

9、步骤2.电解过程；

10、（1）选择304不锈钢板作为电解阴极，选用电解铜板作为阳极，在进行电解铜粉的制备前，用去离子水对阴极板、阳极板和电解槽清洗两到三遍，保持干净无污染；

11、（2）将阴极板与阳极板通过引线分别与恒流电源的正极和负极相连，并保持8~12cm的间距放置在电解槽内，并使得两极板保持正面相对；

12、（3）将先前配置好的电解液缓缓倒入电解槽中，打开恒流电源给定500~760a/m2的电流密度，开始电解过程；

13、（4）电解槽放置于超声振动清洗机中，电解过程中铜粉没入电解液中，在50~70℃的电解液温度下，定时收集沉积在电解液中的铜粉，将铜粉进行防氧化处理；

14、步骤3.防氧化过程；

15、（1）将苯骈三氮唑混合入无水乙醇中并搅拌均匀，形成苯骈三氮唑的乙醇溶液，苯骈三氮唑浓度为0.03~0.05g/l，静置至溶液呈现透明且澄清的状态后作为防氧化剂备用；

16、（2）将收集到的铜粉沉入防氧化剂中，超声搅拌均匀后静置，待铜粉沉淀后倒掉上清液，用无水乙醇冲洗两到三次；

17、（3）将冲洗后的铜粉放入干燥箱，在40~60℃的条件下烘干20~40min后取出。

18、所述的树枝晶形貌电解铜粉的制备方法，所制备出的电解铜粉具有分化程度高、细粒径、分化程度低、块状或球状特征，用于摩擦材料、热喷涂、润滑或金刚石工具领域。

19、本发明的技术关键点在于：

20、在电解铜粉生产过程中，考虑电解液组成、电解液温度、电流密度等因素对电解铜粉形貌的影响后，经过很多组平行与对照实验后，得出了多种能制备出具有典型形貌的电解铜粉工艺参数条件，在一定的工艺参数范围内实现了电解铜粉树枝晶形貌可控化生产。

21、本发明制备了多种具有典型形貌的电解铜粉，其优点及有益效果是：

22、1、首先从总体上看，为了降低铜离子的浓化极差，适当提高电解液的导电能力，降低槽电压，同时兼顾到电解液的蒸发问题使操作环境恶化，选择了50~70℃的电解温度。考虑到铜粉晶粒长大速度与成核速度的调控，适当升高电流密度能使单位时间内在阴极板上放电的离子数多，过程由扩散控制，粉末粒度更细，但是电流密度低会使得副反应增加，电流效率低，综合考虑选择500~740a/m2的电流密度。

23、2、本发明电解液中，添加剂选用十二烷基苯磺酸钠（sdbs）这种表面活化剂有利于增加粉末的枝晶特征，在多次实验后选择2~5g/l的浓度时具有最佳形貌。

24、3、本发明电解液中，酸度的提高会抑制铜粉的分形，使树枝晶形貌的铜粉朝着花椰菜状转变，考虑到电流效率随着酸度的增加先增大后减小的现象，选用0.07~0.28mol/l的h+浓度。

25、4、本发明析出物的形态在很大程度上与电解液中cu2+浓度有关，当cu2+浓度提高时，可以加快反应速度，提高铜粉生成的电流效率。改变溶液中cu2+的浓度，改变了近电极层各个离子的分布状态，使得一部分h+填充的空位被cu2+夺取，在相同时间内，更多的cu2+得到电子被还原，提高了电流效率，因此相同时间内析出的铜粉更多，此时晶粒成核的速度远远小于生长的速度，从而晶粒特征更明显，形貌结构特征更发达，因此选择0.04~0.1mol/l的cu2+浓度最好。

技术特征：

1.一种树枝晶形貌电解铜粉的制备方法，其特征在于，该方法通过电解工艺条件的参数设计，使得在不同领域中生产不同分化程度的铜粉，实现铜粉形貌枝晶分化可控化制备，树枝晶形貌电解铜粉的控制工艺参数范围为：电流密度500~760a/m2，电解液温度50~70℃；电解液的组成为：h+浓度0.07~0.28mol/l，cu2+浓度0.04~0.1mol/l，添加剂十二烷基苯磺酸钠为2~5g/l，水余量。

2.按照权利要求1所述的树枝晶形貌电解铜粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.按照权利要求1所述的树枝晶形貌电解铜粉的制备方法，其特征在于，所制备出的电解铜粉具有分化程度高、细粒径、分化程度低、块状或球状特征，用于摩擦材料、热喷涂、润滑或金刚石工具领域。

技术总结本发明属于材料制备领域，具体涉及一种树枝晶形貌电解铜粉的制备方法。该方法通过电解工艺条件的参数设计，使得在不同领域中生产不同分化程度的铜粉，实现铜粉形貌枝晶分化可控化制备，树枝晶形貌电解铜粉的控制工艺参数范围为：电流密度500~760A/m<supgt;2</supgt;，电解液温度50~70℃；电解液的组成为：H<supgt;+</supgt;浓度0.07~0.28mol/L，Cu<supgt;2+</supgt;浓度0.04~0.1mol/L，添加剂十二烷基苯磺酸钠为2~5g/L，水余量。本发明利用电解铜粉在不同工艺参数的制备条件下能制出形貌各异的粉末，在一定的参数范围内实现电解铜粉形貌可控化生产，然后利用各形貌不同特性，广泛应用于各材料领域。技术研发人员：赵艳晶,李克钧,吴航宇,刘越,张峻嘉,田春蕾,张元伟,李林受保护的技术使用者：沈阳远程摩擦密封材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5