一種低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉及其制備方法，屬于粉體材料制備【技術領域】。所述的低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉中各元素含量為：Pb＜0.005％，Fe＜0.05％，Bi＜0.05％，Sb＜0.05％，S＜0.005％，Cl＜0.005％，其余為Cu，Cu＞99.8％；其松裝密度為0.6～1.2g/cm3，呈高樹枝狀。上述電解銅粉是經過熔煉、電解、洗滌、表面處理、干燥、篩分處理過程制備的。該制備方法工藝簡單、操作簡便，技術含量高；制備出的電解銅粉含鉛量低、松裝密度低、樹枝狀發達，可以最大程度上發揮銅粉的導電性，特別適用于電碳行業。
【專利說明】一種低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于粉體材料制備【技術領域】，具體涉及一種低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉及其制備方法。
【背景技術】
[0002]銅粉是粉末冶金行業的重要原材料，廣泛應用于汽車、航空航天、電器、電子信息、紡織、食品等領域。進入21世紀以來，隨著我國生產技術、裝備的快速提升，2013年我國銅粉產量逾越30000噸，位居全球第一。采用銅粉生產的制品主要有軸承、結構材料、摩擦材料、多孔材料、超硬工具材料、電碳材料、熱沉材料等，其中電碳材料用銅粉主要為低松裝密度高樹枝狀銅粉。
[0003]銅粉的制備方式主要有:電解法、霧化法、化學法等。其中電解銅粉的常用松裝密度范圍是:1.2?2.8g/cm3，霧化銅粉的常用松裝密度范圍是:2.0?5.0g/cm3，化學法制備銅粉的常用松裝密度范圍是:2.0?3.0g/cm3。從粉體材料松裝密度范圍可以看出，霧化銅粉在高樹枝狀形貌上有著天然的劣勢；化學法制備銅粉由于制造工藝的問題，不適于進行工業化制備；故工業化制備低松裝密度高樹枝狀銅粉的有效途徑只有一電沉積方法。
[0004]然而，目前國內市場上仍然沒有批量供應的低松裝密度高樹枝狀銅粉產品，產品主要依賴進口，粗略估計年需求量近5000噸。國內生產的電解銅粉大部分都集中在附加值不高的中低檔產品上，而在電碳行業應用中，松裝比重為0.6?1.0g/cm3的低鉛、低鐵、高純以及抗氧化性強的具有非常發達的樹枝狀電解銅粉，一直是國內電解銅粉廠商努力實現工業化生產的產品，以達到滿足制備高性能電刷使用銅粉的目標。
[0005]隨著電刷產品的不斷升級換代，要求價值較高的銅元素的用量逐漸降低，以減少資源的消耗，而對制品強度和導電性要求進一步提高；同時，減少鉛等重金屬的含量，以達到綠色制造的可持續發展要求。因此，低鉛低松裝密度的電解銅粉由于其粉末比表面積大，燒結性能優異，替代常規銅粉用于電碳行業已經成為行業未來的發展趨勢，成為引領電刷廣品升級換代的基礎。
[0006]近年來，我國粉末生產企業加大研發投入，在產品穩定性和新產品開發等方面取得很大的進步，同國外發達國家的差距正在快速縮小。但是在新產品的開發應用上，尤其是低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉制備方面，還存在較大的差距，不能滿足我國電碳行業的高速發展需求。
[0007]綜上所述，這種低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉的電沉積制備，是生產高性能電碳制品的保障。目前，尚沒有關于該類粉體材料制備方法的研宄和專利報道。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于，提供一種低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉的制備方法。本發明的方法經過熔煉、電解、洗滌、表面處理、干燥、篩分處理過程，得到含鉛量小于50ppm、松裝密度為0.6?1.2g/cm3的樹枝狀發達的電解銅粉。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0009]一種低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉的制備方法，包括以下過程:
[0010](I)熔煉:將銅原料(普通電解銅板、純銅材料)在熔煉爐(工頻爐、炭爐)中熔化，然后澆鑄成銅陽極板；
[0011](2)電解:銅陽極板在電解槽中進行電解，電解液中添加氯化物，控制氯離子濃度為0.005?0.05g/L，收集陰極板上的粉狀沉積物；
[0012](3)洗滌:粉狀沉積物于洗滌機內用去離子水洗滌，同時通氮氣保護，壓力為0.2 ?0.5MPa ；
[0013](4)表面處理:洗滌后的粉體材料中添加質量濃度為I?5%的葡萄糖或水合肼進行還原處理，時間10?30min ;然后添加質量濃度0.1?0.5%的苯并三氮唑或脂肪酸鈉進行抗氧化處理，時間20?60min ；
[0014](5)干燥:將表面處理后的漿料甩干，然后在100?200°C下進行干燥處理，干燥至粉體材料含水量不大于0.1% ;
[0015](6)篩分:干燥后粉體材料經篩分得到需要的電解銅粉。
[0016]進一步地，步驟⑵中采用刷粉的方式收集粉狀沉積物，頻率20?60min/次。
[0017]進一步地，步驟￠)中所述篩分采用氣流分級機或振動篩分機。
[0018]本發明的目的還在于，提供一種上述方法制備的低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉，該電解銅粉中各元素含量為:Pb < 0.005%, Fe < 0.05%, Bi < 0.05%, Sb < 0.05%,S < 0.005%, Cl < 0.005%，其余為 Cu，Cu > 99.8%;其松裝密度為 0.6 ?1.2g/cm3，呈高樹枝狀。
[0019]本發明的有益效果為:該制備方法工藝流程簡單、操作簡便，技術含量高；制備出的電解銅粉含鉛量低(50ppm以下)、松裝密度低(0.6?1.2g/cm3)、樹枝狀發達，可以最大程度上發揮銅粉的導電性，特別適合用于制備電碳行業的電刷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1制備的電解銅粉的掃描電鏡照片。
[0021 ] 圖2為實施例2制備的電解銅粉的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0022]下述非限制性實施例可以使本領域的普通技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。
[0023]實施例1
[0024]低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉的制備，包括以下過程:
[0025](I)熔煉:將普通電解銅板在工頻爐中熔化，然后澆鑄成銅陽極板；
[0026](2)電解:銅陽極板在電解槽中進行電解，電解液為硫酸銅溶液，其中添加氯化銅，并控制氯離子濃度為0.005g/L，采用刷粉的方式收集陰極板上的粉狀沉積物，頻率40min/ 次；
[0027](3)洗滌:粉狀沉積物于洗滌機內用去離子水洗滌，同時通氮氣保護，壓力為0.3MPa ;
[0028](4)表面處理:洗滌后的粉體材料中添加質量濃度為2%的葡萄糖進行還原處理，時間20min ;然后添加0.5%的脂肪酸鈉進行抗氧化處理，時間60min ；
[0029](5)干燥:將表面處理后的漿料甩干，然后在130°C下進行干燥處理，干燥后粉體材料含水量為0.09% ；
[0030](6)篩分:采用氣流分級機對粉體材料進行篩分合批，得到電解銅粉的粒度分布為:+200目占4.6%，+325目占13.8%，余量為-325目。
[0031]粉體成分測定:使用原子吸收法測得Pb:0.002%, Fe:0.012%, B1:0.025%, Sb:0.023% ;使用碳硫儀測得S:0.0005% ;使用化學分析方法測得Cl:0.0019% ;其它為Cu，含量 99.84%。
[0032]采用霍爾流量計測定粉末的松裝密度:1.16g/cm3。
[0033]附圖1是以上制備的低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉的掃描電鏡照片，由圖中可以看出該電解銅粉具有發達的樹枝狀結構。
[0034]實施例2
[0035]低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉的制備，包括以下過程:
[0036](I)熔煉:將純銅材料在工頻爐中熔化，然后澆鑄成銅陽極板；
[0037](2)電解:銅陽極板在電解槽中進行電解，電解液為硫酸銅溶液，其中添加鹽酸，并控制氯離子濃度為0.04g/L，采用刷粉的方式收集陰極板上的粉狀沉積物，頻率30min/次；
[0038](3)洗滌:粉狀沉積物于洗滌機內用去離子水洗滌，同時通氮氣保護，壓力為0.4MPa ；
[0039](4)表面處理:洗滌后的粉體材料中添加質量濃度3%的水合肼進行還原處理，時間30min ;然后添加0.3%的苯并三氮挫進行抗氧化處理，時間40min ；
[0040](5)干燥:將表面處理后的漿料甩干，然后在110°C下進行干燥處理，干燥后粉體材料含水量為0.05% ；
[0041](6)篩分:采用振動篩分機對粉體材料進行篩分合批，得到電解銅粉的粒度分布為:+200 目 0%，+325 目 4.9%，余量為-325 目。
[0042]粉體成分測定:使用原子吸收法測得Pb:0.0012%,Fe:0.015%,B1:0.022%, Sb:0.018% ;使用碳硫儀測得S:0.0005% ;使用化學分析方法測得Cl:0.0019% ;其它為Cu，含量 99.81%。
[0043]采用霍爾流量計測定粉末的松裝密度:0.69g/cm3。
[0044]附圖2是以上制備的低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉的掃描電鏡照片，由圖中可以看出該電解銅粉具有發達的樹枝狀結構。
[0045]實施例3
[0046]低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉的制備，包括以下過程:
[0047](I)熔煉:將普通電解銅板在炭爐中熔化，然后澆鑄成銅陽極板；
[0048](2)電解:銅陽極板在電解槽中進行電解，電解液為硫酸銅溶液，其中添加氯化鈉，并控制氯離子濃度為0.01g/L，采用刷粉的方式收集陰極板上的粉狀沉積物，頻率60min/ 次；
[0049](3)洗滌:粉狀沉積物于洗滌機內用去離子水洗滌，同時通氮氣保護，壓力為0.35MPa ；
[0050](4)表面處理:洗滌后的粉體材料中添加質量濃度5%的水合肼進行還原處理，時間25min ;然后添加0.5%的苯并三氮挫進行抗氧化處理，時間60min ；
[0051](5)干燥:將表面處理后的漿料甩干，然后在160°C下進行干燥處理，干燥后粉體材料含水量為0.07% ；
[0052](6)篩分:采用振動篩分機對粉體材料進行篩分合批，得到電解銅粉的粒度分布為:+200 目 3.5%, +325 目 12.3%，余量為-325 目。
[0053]粉體成分測定:使用原子吸收法測得Pb:0.003%, Fe:0.011%, B1:0.016%, Sb:0.018% ;使用碳硫儀測得S:0.00031% ;使用化學分析方法測得Cl:0.0034% ;其它為Cu，含量 99.85%o
[0054]采用霍爾流量計測定粉末的松裝密度:1.02g/cm3。
【權利要求】
1.一種低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)熔煉:將銅原料在熔煉爐中熔化，然后澆鑄成銅陽極板； (2)電解:銅陽極板在電解槽中進行電解，電解液中添加氯化物，控制氯離子濃度為0.005?0.05g/L，收集陰極板上的粉狀沉積物； (3)洗滌:粉狀沉積物于洗滌機內用去離子水洗滌，同時通氮氣保護； (4)表面處理:洗滌后的粉體材料中添加葡萄糖或水合肼進行還原處理，然后添加苯并三氮唑或脂肪酸鈉進行抗氧化處理； (5)干燥:將表面處理后的漿料甩干，然后進行干燥處理； (6)篩分:干燥后粉體材料經篩分得到需要的電解銅粉。
2.根據權利要求1所述的電解銅粉的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述銅原料為普通電解銅板或純銅材料。
3.根據權利要求1所述的電解銅粉的制備方法，其特征在于，步驟⑴中所述熔煉爐為工頻爐或炭爐。
4.根據權利要求1所述的電解銅粉的制備方法，其特征在于，步驟(2)中采用刷粉方式收集粉狀沉積物，頻率20?60min/次。
5.根據權利要求1所述的電解銅粉的制備方法，其特征在于，步驟⑷中所述葡萄糖或水合肼的質量濃度為I?5%，還原處理時間為10?30min。
6.根據權利要求1所述的電解銅粉的制備方法，其特征在于，步驟(4)中所述苯并三氮唑或脂肪酸鈉的質量濃度為0.1?0.5%，抗氧化處理時間20?60min。
7.根據權利要求1所述的電解銅粉的制備方法，其特征在于，步驟(5)中所述干燥處理的溫度為100?200°C，干燥至粉體材料含水量不大于0.1%。
8.根據權利要求1所述的電解銅粉的制備方法，其特征在于，步驟(6)中所述篩分采用氣流分級機或振動篩分機。
9.權利要求1?8任一所述制備方法制備的低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉。
10.根據權利要求9所述的低鉛低松裝密度高樹枝狀電解銅粉，其特征在于，各元素含量為:Pb < 0.005%,Fe < 0.05%,Bi < 0.05%, Sb < 0.05%, S < 0.005%,Cl < 0.005%,其余為Cu，Cu > 99.8% ;其松裝密度為0.6?1.2g/cm3，呈高樹枝狀。
【文檔編號】B22F1/00GK104475722SQ201410645723
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】戴赫, 王躍發, 劉勇, 張景懷, 汪禮敏 申請人:有研粉末新材料（北京）有限公司