[发明专利]一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法

说明书

本发明涉及一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法及其应用。本发明通过独特的电解系统设计，使电解液在电解过程中形成溢流和涡流，溢流和涡流电解液不断地冲刷电极和电解槽，可以有效的防止纳米第二相在电极和电解槽的表面吸附以及纳米第二相的团聚。通过电解液成分设计，尤其是电解质、增稠剂和络合剂的配合使用，可实现铁磁性合金的选择性电解反应，实现铁磁性合金中基体与第二相的有效分离，抑制Fe³⁺在第二相表面的沉降及包覆；有效的增加了第二相沉降阻力，抑制第二相沉降。使用该电解液及电解体系，有利于提高电解反应效率，提高尺寸小于20nm尤其是尺寸小于15nm第二相的收集率，实现铁磁性合金中纳米第二相提取与表征。

技术领域

本发明涉及一种利用非水溶液电解系统提取纳米第二相的方法，属于电化学及材料表征领域。

背景技术

第二相强化铁磁性合金是一类重要的合金材料。对铁磁性合金中微、纳尺度第二相进行准确表征，是设计和发展高性能铁磁性合金及其制备技术的重要途径。金相显微镜及扫描电镜无法完整的表征微、纳尺度第二相的结构、晶格序列等信息，尤其是纳米第二相，需要使用透射电镜/高分辨透射电镜(TEM/HRTEM)对其进行分析表征，而高质量TEM/HRTEM测试样品的制备是对合金准确表征的重要前提。

目前，TEM/HRTEM样品主要制备方法有聚焦离子束减薄(FIB)、电解双喷减薄、离子减薄。使用FIB制备铁磁性合金TEM/HRTEM测试样品时，被离子束冲击分离的磁性样品，易对扫描电镜设备带来不可逆损伤；采用电解双喷减薄或离子减薄制备铁磁性合金TEM/HRTEM测试样品，样品较薄且易碎，容易出现强化相或合金基体脱落的现象，使所制备的TEM样品所含第二相信息不完整，也易对电镜系统也会造成污染及不可逆损伤。由此可见，由于铁磁性合金具有较强的磁性，特别是易碎的磁性材料，给TEM/HRTEM测试样品制备带来了极大的挑战。同时，铁磁性合金样品在电磁场作用下被磁化，对电镜设备有很强的信号干扰，影响测试表征的准确性，因此，对于铁磁性和磁性材料样品，只能采用具有独特结构的透射电镜才能进行TEM/HRTEM结构观察，极大地增加了铁磁性合金的分析表征成本，急需开发低成本、设备友好的铁磁性合金TEM样品及其制备技术。

针对以上问题，Zhao等[Qian Zhao,et al.Advanced Powder Technology 26(2015)1578–1582]采用20％的盐酸提取气雾化、球磨及退火Fe–14Cr–2W–0.2V–0.07Ta粉末中Y₂O₃，然后对其进行离心、清洗，超声分散，使用悬浮液制备了TEM分析样品，对其进行了TEM表征。中国专利CN102213654A公开了有机溶液电解萃取和检测钢中非金属夹杂物的方法，在有机电解液中使钢发生选择性电解反应，利用滤纸分离出电解液中的大尺寸非金属夹杂物，并使用扫描电镜进行观测。中国专利CN102818723A公开了一种电解提取和检测钢中细微夹杂物的方法，使用有机电解液对钢试样进行电解，采用离心法对电解液进行分离并收集夹杂物，进行扫描电镜检测。中国专利CN108802079A公开了一种铁磁性合金粉末的第二相表征方法，该专利设计了一种在室温下能够正常使用的电解液。

上述报道存在如下问题：

(1)Y₂O₃容易在盐酸中发生化学反应、溶解，极易使Y₂O₃，尤其是纳米Y₂O₃相的结构破坏，制样条件苛刻；Fe³⁺容易发生水解，形成Fe(OH)₃胶体或沉淀，沉降并包覆于第二相颗粒表面，污染样品；