СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ ИТТРИЯ С КОБАЛЬТОМ
METHOD OF PRODUCING ULTRAFINE POWDER OF YTTRIUM AND COBALT INTERMETALLIC COMPOUNDS

Изобретение относится к электрохимическому получению ультрадисперсных порошков интерметаллидов иттрия с кобальтом для создания магнитных материалов и ячеек хранения информации.
5
5
Известен способ получения наногранулированных порошков YCo механическим помолом отлитых сплавов и последующим их отжигом [Ning Tang, Zhongmin Chen, Yong Zhang, George C. Hadjipanayis, Fuming Yang. Nanograined YCos-based powders with high coercivity // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 219 (2000), 173-177], включающий помол порошков в течение 4 часов и отжиг в течение минуты при температуре 950°С. Получаемые наночастицы YCo имеют линейные размеры около 30-40 нм.
5
5
5
Известен способ получения нанокристаллических порошков YCo путем механического помола отлитых сплавов с последующим вакуумным отжигом [J.L.Sanchez LI, J.T.Elizalde-Galindo, J.A.Matutes-Aquino. High coercivity nanocrystalline YCo powders produced by mechanical milling // Solid State Communications 127 (2003), 527-530], включающий механический помол отлитых сплавов Y-Co в течение 4 часов и вакуумный отжиг полученных порошков в течение 2,5 минут при температуре 800°С. Получаемые наночастицы YCo имеют линейные размеры около 12 нм.
Общим недостатком приведенных аналогов является высокая длительность и многостадийность процесса, а также энергозатратность. В процессе механического помола происходит загрязнение конечного продукта.
3
Наиболее близким является способ получения интерметаллидов иттрия и кобальта диффузионным насыщением металлического кобальта иттрием в галогенидных расплавах [А.В.Ковалевский, Н.Г.Илющенко, В.Н.Варкин, В.В.Сорокина. Диффузионное насыщение никеля и кобальта цирконием, лантаном и иттрием в галогенидных расплавах // Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 15.10.1988, №5, с.20-22]. Этим способом можно получить только диффузионный слой в несколько десятков микрон в течение 4 ч. В качестве электролита используют расплав LiCl-KCl-YCl, процесс ведут при температуре 700°С.
Недостатком прототипа является невозможность получения изотропных образцов интерметаллидов иттрия с кобальтом. Данным способом получаются монолитные образцы, которые необходимо дополнительно диспергировать для получения ультрадисперсного порошка. Также недостатком данного способа является ограничение скорости протекания процесса диффузией иттрия на поверхность металлического кобальта.
Задача изобретения - получение изотропных по составу ультрадисперсных порошков интерметаллидов иттрия с кобальтом, снижение длительности процесса.
Задача решается следующим образом.
Для электрохимического синтеза изотропных по составу ультрадисперсных порошков интерметаллидов иттрия с кобальтом используют электролит, содержащий хлорид натрия, хлорид калия и хлорид кобальта при следующем соотношении компонентов, мол.%:
KCl - 47,5-49,5
2
NaCl - 47,5-49,5CoCl - 1,0-5,0.
2
Электролиз ведут в двухэлектродной ячейке при температуре 700°С и плотностях катодного тока 2,6-3,2 А/см, в среде четыреххлористого углерода, а в качестве источника иттрия используется растворимый иттриевый анод.
Процесс, протекающий при электрохимическом синтезе, описывается следующими реакциями:
0
-
3+
Анодный процесс: Y-3е→Y
Переходя в окисленную, растворимую форму, ионы иттрия мигрируют к катоду.
2+
-
0
Катодный процесс: Со+2е→Со
3+
-
0
Y+3e→Y
Реакция взаимодействия Y+Co происходит на атомарном уровне:
n
m
nY+mCo→YCo
Способ осуществляется следующим образом: вначале подготавливают используемые соли. Хлориды калия и натрия перекристаллизовывают и тщательно сушат в процессе вакуумирования при ступенчатом нагревании до 300-350°С. Затем проводят сушку хлорида кобальта в атмосфере четыреххлористого углерода, постепенно увеличивая температуру до 400°С.
2
Растворимый иттриевый анод в виде металлического штабика массой не более 1,2% от массы электролита помещают на дно стеклоуглеродного тигля, к которому подводится электрический ток. В зависимости от массы иттриевого штабика, рассчитывается количество хлорида кобальта, добавляемого в электролит, из условия ν(Y)/ν(CoCl)=1/5. Хлориды кобальта, натрия и калия тщательно перемешивают и засыпают в стеклоуглеродный тигель.
2
Жидкий четыреххлористый углерод наливают на дно кварцевой ячейки и вакуумируют ячейку. В процессе нагревания печи четыреххлористый углерод испаряется, заполняя объем кварцевой ячейки. Электролиз ведут в гальваностатическом режиме при плотностях катодного тока 2,6-3,2 А/см, в течение 40 мин, используя в качестве катода вольфрамовый стержень диаметром 0,3 см.
После проведения электролиза из расплава вынимают грушу интерметаллидов иттрия с кобальтом. После полного остывания до комнатной температуры грушу отмывают дистиллированной водой, после чего порошок высушивают в сушильном шкафу при температуре 150°С.
На Фиг.1 изображена морфология получаемых ультрадисперсных интерметаллических порошков иттрия с кобальтом по данным электронного сканирующего микроскопа.
На Фиг.2 изображен дисперсионный состав получаемых порошков по данным метода динамического светорассеяния.
На Фиг.3 изображен фазовый состав получаемых интерметаллидов по данным рентгенофазового анализа.
2
7
3
5
3
2
2
Пример 1. Процесс получения изотропных по составу, ультрадисперсных интерметаллидов иттрия и кобальта осуществляют в расплавленной смеси KCl-NaCl-CoCl. Температура 700°С. Катод - вольфрамовый стержень диаметром 0,3 см. Источник иттрия - растворимый иттриевый анод массой 0,18 г. Плотность катодного тока 3,2 А/см. Продолжительность электролиза 40 мин, после чего из расплава вынимают катод с осажденной на нем грушей интерметаллидов иттрия с кобальтом, отмывают грушу от хорошо растворимых в воде хлоридов и сушат полученный осадок. По данным рентгенофазового анализа катодный осадок состоит из интерметаллидов CoY, CoY, CoY, CoY. По данным сканирующей электронной микроскопии и метода динамического светорассеяния ультрадисперсный порошок интерметаллидов иттрия и кобальта состоит из частиц гексаэдрической формы, со средним диаметром 50 нм.
2
5
3
2
2
Пример 2. Процесс получения изотропных по составу, ультрадисперсных интерметаллидов иттрия и кобальта осуществляют в расплавленной смеси KCl-NaCl-CoCl. Температура 700°С. Катод - вольфрамовый стержень диаметром 0,3 см. Источник иттрия - иттриевый растворимый анод массой 0,18 г. Плотность катодного тока 2,7 А/см. Продолжительность электролиза 40 мин, после чего из расплава вынимают катод с осажденной на нем грушей интерметаллидов иттрия и кобальта, отмывают грушу от хорошо растворимых в воде хлоридов и сушат полученный осадок. Катодный осадок состоит из интерметаллидов CoY, CoY, CoY, CoY со средним диаметром 143 нм.
2
5
3
2
2
Пример 3. Процесс получения изотропных по составу, ультрадисперсных интерметаллидов иттрия и кобальта осуществляют в расплавленной смеси KCl-NaCl-CoCl. Температура 700°С. Катод - вольфрамовый стержень диаметром 0,3 см. Источник иттрия - иттриевый астворимый анод массой 0,29 г. Плотность катодного тока 2,6 А/см. Продолжительность электролиза 40 мин, после чего из расплава вынимают катод с осажденной на нем грушей интерметаллидов иттрия с кобальтом, отмывают грушу от хорошо растворимых в воде хлоридов и сушат полученный осадок. Катодный осадок состоит из интерметаллидов CoY, CoY, CoY, CoY со средним диаметром 159 нм.
Техническим результатом является: получение изотропных по составу, ультрадисперсных порошков интерметаллидов иттрия с кобальтом, повышение скорости синтеза целевого продукта.