铁粉的制备及应用

背景及概述^[1][2]

铁粉可以通过压制成形和热处理工艺获得铁粉基软磁材料，被广泛应用于电工、电力和电子设备，如电磁铁铁芯、断路器铁芯、变压器铁芯、电机定子和转子的铁芯等，近年来PC机、电源等产品的快速发展极大带动了对这种材料的需求。

制备^[2-3]

一、一种超细铁粉的制备方法

超细铁粉是粉末冶金工业的基础原料之一，由于具有较大的比表面积及活性， 因而具有电、磁、光以及催化、吸附和化学反应性等特殊的性能。因此，用途极为广泛，主要用于粉末冶金、制造机械零件、生产摩擦材料、减摩材料、超硬材料、磁性材料、润滑剂及其制品。其次铁粉广泛应用于化工、切割、发热材料、焊条等。目前国内已有部分厂家采用还原法生产超细铁粉，主要基于还原推舟炉，配套破碎、筛分设备，但因设备限 制，生产成本较高，同时产品形貌不规则，粒径不均匀，使用上受也到一定限制。 其他还包括氢气还原铁盐前驱体制备超细铁粉，得到的铁粉具有良好的树枝状形 貌，粒度均匀，生产成本低。但氢气需专门的产氢设备，同时得到的铁粉需经过 破碎等后工序。

针对上述超细铁粉制备方法存在的问题，提供一种超细铁粉的制备方法，该方法成本低，铁粉形貌为球形，粒度分布均匀，无需专门的产氢设备，且得到的铁粉无需破碎等后工序。采用的技术方案如下：将液相合成制备的过150-300目筛的草酸亚铁粉末放入流态化炉中，并向流态化炉通入由1-5％还原性气体和95-99％惰性气体组成的弱还原气氛的气体，草酸亚铁粉末在气流的作用下在流态化炉内做流态化运动；将炉内加热升温至350-500℃ 并保持该温度，经过1-3小时反应，即可得到超细铁粉。本发明与现有技术相比，其优势在于：

1、本工艺采用流态化炉，将草酸亚铁处于悬浮和翻滚状态，且相互之间处于运动和碰撞状态，避免了在煅烧过程中产物的团聚，使得超细铁粉更加分散且避 免了产品需破碎等后处理过程，粒度更细，比表面积更大，且球形度也较好，由于所有草酸亚铁颗粒处于相同的气氛和状态下，所以所得的超细铁粉粒度分布更加均匀。

2、由于刚生成的铁粉表面活性很强，为了避免氧化，需通入弱还原气氛的气体保护避免其被氧化。

3、弱还原气氛的气体可采用一些工业尾气，包括水煤气等，避免了需专门的产氢设备，从而成本更低。

二、一种改性纳米铁粉的制备方法

纳米铁粉与其它纳米金属材料一样，同样存在易团聚、易氧化、与其他材料复合时相溶性差的问题，CN201410058077.4以硫醇、含巯基的硅烷偶联剂、阳离子表面活性剂、缓蚀剂和有机溶剂为原料，对纳米铁粉进行表面改性，制备得到改性纳米铁粉，解决纳米铁粉易团聚、易氧化、与其他材料复合时相溶性差的问题，具有重要的实际意义。

目前，国内、外关于同时使用硫醇、含巯基的硅烷偶联剂和缓蚀剂改性纳米铁粉的研究和技术鲜见报道。采用如下技术方案：按照硫醇、含巯基的硅烷偶联剂、阳离子表面活性剂、缓蚀剂、有机溶剂与纳米铁粉的 质量百分比为(0.001％～55％)：(0.00001％～45％)：(0.001％～45％)：(0.001％～35％)：(0.001％～98％)：(0.001％～85％)的比例，依次将硫醇、含巯基的硅烷偶联剂、阳离子表面活性剂和缓蚀剂加入有机溶剂中，在频率为20kHz～1MHz、功率为30W～15kW的超声波 分散作用下，搅拌0.1h～5.0h后，再加入纳米铁粉，进一步在频率为20kHz～1MHz、功率为30W～15kW的超声波分散作用下，搅拌反应0.1h～20.0h，然后依次经过离心分离、无水乙醇洗涤、离心分离、去离子水洗涤、离心分离、真空干燥、研磨和过筛工艺过程，制备得到改性纳米铁粉。

应用 ^[2]

铁粉在硫酸法钛白生产中广泛的应用，主要用于三价铁的还原。铁粉在粉末冶金零件生产中的应用，铁粉产量的85％用于粉末冶金零件的制造，其中70％～ 83％的粉末冶金零件用于汽车工业。铁粉在磁性材料中的应用，粒径小于5nm的 铁粉具有很好的磁性。磁性流体是一种新型功能材料，它可以被磁控，用环状磁 铁在旋转密封处产生环状磁场，将磁性流体约束在磁场之中形成磁性流体环，用于无磨损、长寿命的动态密封，磁性流体被磁化后，磁压力增加，磁性流体中的物体会浮起，可用于磁性液体比重计的研制。

超细铁粉在医药和食品中的应用，利用纳米技术和先进的生物技术相结合，用超细铁粉作为载体，可以使药物在外 磁场作用下引导至病变部位，使其发挥特殊的医疗作用。铁粉在焊条制造业中的应用，铁粉也是发展高效焊条制造业的主要原料，其耗用量占铁粉总用量的14％～ 20％。超细铁粉可以作为汽车尾气处理、化工、冶金的催化剂，应用于超硬材料、 硬质合金、高密度合金、机械设备、涂料、橡胶制品颜料等的生产制造，还可应用于农业—种子优选、种子净化、土壤改良等。

主要参考资料

[1] CN201110155367.7 一种绝缘铁粉的生产设备和方法

[2] CN201410606384.1 一种超细铁粉的制备方法

[3] CN201410058077.4 一种改性纳米铁粉的制备方法