电沉积法制备泡沫铁

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泡沫金属的介绍及制备

泡沫金属的介绍及制备

后处理
热处理是连续化带状泡沫镍生产中最后一道工序,其目的是去除有机物, 提高电镀镍层的柔韧性,分为先空气烧除而后还原烧结两步完成,还原气 氛为氨分解气氛,即氮、氢混合气氛。还原温度800度。炉温不当会出现 “起拱”的现象。
泡沫镍制备过程中各阶段样品基本上均保持了原泡沫模板的结构形貌,呈3维网络 状均匀结构,组成泡沫镍的丝纵横交错。
Gasar原理
Gasar原理
气孔的大小、形貌、空间排列取决于熔体的气体含量、气压、化 学成分、凝固速率和凝固方向。
通过不同的凝固条件制备的多孔结构
GASAR凝固中气泡形核机制
区域1
气泡在凝固的金属中 形成,但形核阻力大
区域2
气泡在凝固界面处同固相同时 形成,气泡定向排列于固相中
区域3
气泡在液相中形成, 在熔体表面逸出
固气共晶凝固法 (GASAR)
介绍
GASAR
金属气体发生共晶反应, 定向凝固,生成的圆柱型 气孔定向排列于基体中。
气孔壁光滑; 无气孔分支现象; 气孔分布短程有序; 孔径10nm-10mm; 孔隙率10%-70%。
与传统的方法制备的材料相 比,具有小的应力集中,高 的力学性能,良好的渗透能 力。
结果分析
不同电流密度下沉积层的XRD图谱
结果分析
不同电流密度下镍沉积层的磁滞回线
每条回线所围面积均很小,损耗低 ,其剩磁、矫顽力几乎为零,表现出 超顺磁性。磁滞回线显示的磁导率 与饱和磁化强度随着晶粒尺寸的增 加而变大。这是因为晶粒平均粒径 越小,存在于晶粒之间的晶界相对越 多,对磁畴壁移动产生阻碍作用越大 ,磁导率越低。
泡沫金属的介绍及制备
1 引言


2. 电沉积法制泡沫镍

电化学沉积法制备泡沫铁及其性能研究

电化学沉积法制备泡沫铁及其性能研究

电化学沉积法制备泡沫铁及其性能研究孙路阳;侯广亚;曹华珍;郑国渠【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2010(038)005【摘要】以导电聚氨酯泡沫为基体,采用电沉积/还原处理方法制备了多孔泡沫铁.研究了工艺条件(电解液质量浓度、pH值、抗氧化剂、起始表观电流密度)对电沉积泡沫铁的电流效率和质量的影响,优化了工艺参数,用热重与差热分析仪测量了聚氨酯泡沫基体的热分解温度,采用显微硬度计和微机控制电子万能试验机测定了泡沫铁的显微硬度和抗压强度.结果表明,起始表现电流密度为4~6 A/dm2,pH=2~3时,电沉积效率较高,可得到质量分布均匀、显微硬度高的泡沫铁;800℃下通H2还原和热处理1 h所获得产品的抗压强度和显微硬度较为理想.【总页数】6页(P508-513)【作者】孙路阳;侯广亚;曹华珍;郑国渠【作者单位】浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江,杭州310032;浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江,杭州310032;浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江,杭州310032;浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江,杭州310032【正文语种】中文【中图分类】TQ153【相关文献】1.电化学沉积制备多孔羟基磷灰石泡沫复合材料 [J], 计陈红;郭亚军;褚联峰2.电化学沉积法制备纳米铁微粒及其性能的研究 [J], 张智敏;王自为;张晔;张宝山3.电化学沉积制备高比电容铁钴复合硫化物超级电容材料 [J], 吴路晶;刘晓彤;孙怡;秦占斌;高杰;高筠4.模板法电化学沉积超长铜纳米线制备及其性能 [J], 刘晓磊;何建平;周建华;党王娟5.粉体致密化法(PCF)制备泡沫铁的研究 [J], 高芝;周芸;左孝青;潘晓亮;杨林海因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

电沉积NiCoCr—Al2O3泡沫合金及其高温抗氧化性

电沉积NiCoCr—Al2O3泡沫合金及其高温抗氧化性
也有 很多 L ,J但还 未见 电沉 积含 铬铝 泡沫 合金 的 报道 。本 文 采用 先 复 合 电沉积 , 用 H 气 还 原 , l“ , o 再 , 成
功地 制备 了 NC C.1O 泡沫合 金 , iorA, 并研究 了它在 高温下 的抗 氧化性 能 。
1 实验 部 分
环搅拌 , 电流密 度 为 2 5×1 A c . 0 /m 。
20 -12 060 -6收稿 ,060 -0修 回 20 -63
氧化性
镀液组 分及 电 镀 工 艺 条 件 : o O 7 2 1 2 g L, iO 6 2 2 6 g L C C3・ H2 C S 4・ H O 1 . / N S 4・ H O 5 . / , r1 6 O 5~
2 / , 1 0g L A 2~1 / , O 0gL 柠檬 酸 6 . / , 35g L 甲酸 2 o L 硼 酸 3 / 镀 液 的 p 0m l , / 0gL, H值 = . , 4 0 用流 动泵循
中 图 分 类 号 :6 6 0 4 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 :00 31 (0 7 0 4180 10 458 20 )2 8 -4 3
泡 沫 超合金 , 有三 维 网络结构 、 率高 、 具 孔 比表 面积 大 、 机械 强 度 高 和抗 氧 化性 能 优 等特 点 , 脆性 是 多孔 陶瓷 的理想 替 代材料 , 各种 高 温催 化 载体 … 、 在 过滤 器 [ 和热交 换 器 [ 等 领 域具 有 广 阔的应 用前 2 3 ] 景, 因此泡 沫超 合金 已成 为 当今多孔 泡沫 金 属领 域 的研 究 热 点 。但 目前 , 些 泡沫 合金 种 类 还很 少 , 这 且 制备 方法 主要是 固相 粉末 包埋 法 L ]气 相合 金化 " . 些工 艺 方 法存 在 不 足 之处 , 固 相粉 末 包埋 制 4 、 ]这 如

泡沫金属的现有制备方法总结

泡沫金属的现有制备方法总结

1.2.1浇注法(A)熔体发泡法这种方法的工艺过程是:向熔融的金属中加入增粘剂,使其粘度提高,然后加入发泡剂,发泡剂在高温下分解产生气体,通过气体的膨胀使金属发泡,然后使其冷却下来或者浇注可以得到泡沫金属。

常用的发泡剂为TIHZ、ZrH:等金属氢化物。

(B)颗粒浇注法这种方法通过把熔融金属浇注到充满散状颗粒的模中,而获得具有连通的蜂窝状结构或海绵状结构的泡沫金属。

这些颗粒可以是耐热和可溶的(如氯化钠)时,它们可以从铸件中被浸洗掉,形成具有连通孔隙的多孔金属;当使用松散的非可溶性填料(如多孔陶土球、泡沫玻璃、空心刚玉球、泡沫碳等无机填料)时,则可获得金属一颗粒复合体。

(C)球形颗粒加入法先将金属在塔竭中熔化,然后加入颗粒或中空球并同时进行搅拌,使这些颗粒均匀地分散到金属熔体中去,使金属的温度降低,当金属熔体的粘度足以使金属熔体不再发生偏析和分层时,即颗粒物质在金属熔体中被固定了,此时停止搅拌并让熔体凝固下来。

这种方法适用于制备高熔点的泡沫金属,如泡沫钨等。

(D)失蜡浇注法此法采用液态高熔点物质充填海绵状泡沫塑料的孔隙,使之硬化后,加热使塑料气化而获得海绵状孔隙的铸型。

将液态金属浇入此铸型,冷却凝固后除去高熔点物质后,便得到与原海绵状泡沫塑料模具有相同结构的泡沫金属。

1.2.2沉积法(A)电镀法该方法是将所需的金属镀到经过硬化和化学预镀的聚氨基甲酸乙脂表面上,并达到所需的厚度,再通过热分解法将聚氨基甲酸乙脂去掉,得到具有非常均匀孔隙分布及相当高孔隙率的泡沫金属。

(B)阴极溅镀沉积法通过在一定的惰性气体压力下对一基片进行溅射,从而得到被捕获惰性气体原子均匀分布的金属片,然后把它加热到高于其熔点的温度,并一直加热到足以加热使那些被捕获的气体膨胀,形成具有封闭孔的蜂窝状的泡沫金属。

(C)气相蒸发沉积法在较高的惰性气氛中缓慢蒸发金属材料,形成金属烟。

金属烟在自身重力和惰性气流携带下沉积,疏松地堆砌起来,形成亚微米尺度的多孔泡沫结构。

泡沫镍

泡沫镍

泡沫金属板的特性、用途及制备方法
1.概述:泡沫金属是一种内部结构含有很多孔隙的新型功能材料,有的泡沫金属成骨架结构,有的泡沫金属成蜂窝状结构,其特性和用途与材料的高孔隙率密切相关。

多种金属和合金可用于制备泡沫金属的材料,如青铜、镍、铝、不锈钢等。

由于泡沫金属的密度小、孔隙率大、比面积大从而使其具有非泡沫金属所没有的友谊特性,例如,阻尼性能好,流体透过性强,热导率和电导率低等特性。

2.泡沫金属的用途:电极材料、催化剂、机械振动缓冲材料、消声材料阻燃阻爆材料、过滤材料发散冷却材料等。

我们用到的是用它做电极材料。

由于它的均匀性好、阻尼性能好、热导率和电导率低的特性,将其作为电极材料使用。

3.泡沫金属的制备方法:
4.我厂结合实际情况和泡沫金属版的用途,采用电沉积方法制备泡沫金属板。

具体的制备工艺流程流程如下:
泡沫镍板的制作工艺流程:
1.以泡沫有机物作为基体,由于它不导电,需对其进行导电化处理,涂覆石墨
基导电胶。

涂覆导电液3遍,每遍需烘干4次。

2.电镀、电沉积。

将活化后的泡沫基体放入镀液中进行化学镀,得到附着于泡
沫基体表面导电的金属层。

镀液选用硫酸镍、氯化镍和硼酸、纯净水的混合液体,阳极为镍块。

整个电镀工作需43小时完成。

3.晾干。

将电镀好的泡沫板晾干,需2~3天。

4.待泡沫板晾干后,放入电炉中,将有机泡沫基体分解,让泡沫镍的孔隙率达
到98%以上。

5.将电镀后的泡沫板放在850~980℃氨分解气氛中烧结40min左右,即可得到
泡沫镍金属板。

制作标准:成品泡沫金属镍板的重量必须达到2.25kg。

泡沫金属的介绍及制备

泡沫金属的介绍及制备

泡沫金属的介绍及制备泡沫金属,又称金属泡沫或多孔金属,是一种具有很高比表面积和极低密度的材料。

它是由金属表面的气泡组成,具有良好的热、声、电和机械性能,广泛应用于过滤、隔热、吸能和结构支撑等领域。

第一种制备方法是模板法。

这种方法首先需要制备一个具有特定孔洞结构的模板,常用的模板材料有泡沫聚苯乙烯、泡沫聚氨酯和陶瓷材料等。

然后,将金属溶液浸渍到模板中,再通过高温烧结或电解沉积等方法形成金属泡沫。

最后,将模板从金属泡沫中去除,得到所需的泡沫金属材料。

这种方法制备的金属泡沫具有规则的孔洞结构和良好的复制性。

第二种制备方法是粉末法。

这种方法是通过金属粉末与发泡剂混合,然后将混合物置于高温环境中进行烧结,使粉末粒子熔结在一起,形成金属泡沫。

这种方法制备的金属泡沫具有无规则的孔洞结构,适用于一些特殊领域的应用。

第三种制备方法是发泡燃烧法。

这种方法是利用金属粉末与可燃剂的混合物,在燃烧过程中生成大量的气体,从而形成金属泡沫。

这种方法制备的金属泡沫具有高比表面积和较低密度,适用于过滤和催化等领域。

最后一种制备方法是水泡发泡法。

这种方法是将金属粉末与表面活性剂和泡沫稳定剂混合,再将混合物加入水中,通过机械搅拌和超声波处理等方法形成稳定的泡沫液。

将泡沫液移至模具中,加热或烘干后,形成金属泡沫材料。

这种方法制备的金属泡沫具有较低的密度和较高的强度,适用于吸能和噪音控制等领域。

总的来说,泡沫金属是一种新型的多孔金属材料,具有独特的性能和广泛的应用前景。

通过不同的制备方法,可以得到具有不同结构和性能的泡沫金属材料,满足不同领域的需求。

泡沫金属论文

泡沫金属论文
孔隙率可高达98%。 采用这种开孔结构的多孔材料制成的零件可安装于气动装置的出气口以减少震动。
1.1.5熔模铸造法
该方法原理为将流态耐火材料渗入泡沫海绵中,然后风干、硬化、焙烧使泡沫海绵分解,形成三维网状骨架的预制型,将液体金属浇入此预制型内,凝固后除去耐火材料,就可获得具有三维网状结构的泡沫金属。目前,日本和我院均用此法成功制备了泡沫铝试样。利用此方法制得的试样对母体材料具有继承性,孔隙三维贯通、结构均匀,并不受材质、形状和大小的限制,能够提供制造各种用途的通孔泡沫金属,其缺点是金属骨架强度低,工艺较复杂。除了上述制备工艺外,还有其它几种,例如:加中空球料法、松散粉末烧结法、纤维冶金法等等。随着对多孔金属材料的不断深入研究,许多国家又提出了各种不同的制备方法,美国专利中报道,美国ERG公司研究出一种名为“Duocel”的制备工艺,在高温、高压、高真空的环境下从过热的铝熔体直接制得泡沫铝的方法,这种方法制得的泡沫铝密度小,但强度较高。加拿大的铝业公司开发出一种独特的制备工艺: 将空气通入正在凝固着的金属液中,在气体排出后冷凝成泡沫材料。这种方法可生产大型泡沫金属材料,且所得材料的密度较小。小桑德斯设计出一种名为通轴喷嘴空心球形铝泡的泡沫铝生产工艺,此种方法特别适合于制备共晶Al- Si 合金泡沫材料[8 ] 。
与熔体发泡法相比,粉末冶金法更易于操作、控 制;通过合理选择发泡时间和发泡温度,可以得到不 同密度值的泡沫金属。但是,粉末冶金法的生产成本 比熔体发泡法要高,而且难以制备大体积的构件。
1.2.2气体注入发泡法
与熔体发泡剂发泡法相类似的气体注入发泡法是目前生产多孔泡沫金属最廉价的方法。该方法是向熔融的金属熔体内直接吹入气体而使金属熔体发泡,发泡用的气体可以是氧气、氩气、空气、水蒸气、二氧化碳等。和熔体发泡剂发泡法一样存在着孔洞的大小及其在金属基体中的分布难以控制等问题。其关键技术是使得熔体金属具有合适的粘度,一般采取添加钙和碳化硅粉增粘剂等措施来增加金属熔体的粘度,金属的成分应保证足够宽的发泡温度区间,使所形成的泡沫孔具有足够的均匀性和稳定性,以保证泡沫在随后的收集与成型的过程中不破碎。此法最大的优点是造价低且易于工业化大批量生产

电沉积法制备泡沫镍的研究

电沉积法制备泡沫镍的研究

有色金属(冶炼部分)2007年5期·41-温45℃.5rain后取出。

为了使泡沫材料内部能除油溶液充分接触,应用玻璃棒不断挤压泡沫材料。

最后用蒸馏水进行清洗泡沫。

2.1.2粗化粗化就是将除油后的泡沫材料放人粗化液中打开泡沫基体的盲}L,并在其表面形成亲水基团,同时使其表面的粗糙度增加,以利于下一步处理。

粗化液的主要组成为硫酸和三氧化铬,粗化温度37。

C,粗化时间5rain。

粗化过程中,在泡沫材料表面有少量的气泡产生,且泡沫材料有一点变红,这是由于粗化液与泡沫基体材料发生了反应,使泡沫材料表面被氧化,达到表面粗糙化的处理的目的。

2.1.2敏化敏化是在泡沫材料表面吸附一层具有还原性的金属离子——亚锡离子(Sn”),这是泡沫材料电镀成败的关键因素之一。

敏化液的主要成分是氯化亚锡和盐酸。

敏化温度45℃,敏化时间5rain。

敏化过程中,应加入锡粒,可适当地抑制氯化亚锡的水解及Sn"+氧化成sn“。

泡沫材料表面生成一层乳白色的乳状物质sn(OH)c1,它使泡沫基体上形成一层均匀的吸附膜,是决定化学镀的关键,所以要注意敏化完毕时泡沫材料表面有无白色乳状物质产生。

2,1’3活化活化是在基体表面形成具有催化作用的金属层,活化液中的氯化钯为自制。

活化操作为:敏化过后将泡沫材料于37℃下放人活化液中,5rain后取出。

活化过程中,泡沫材料表面有小气泡产生,且黄色的活化液中有黑色物质生成,其为金属钯。

2.1.4解胶经活化后的泡沫材料用10%的盐酸溶液清洗lrain就可以解胶,其目的是为了除去覆盖在Pd表面的凝胶层,使Pd原子露于表面.起催化作用。

2.2化学镀镍在具有催化活性的泡沫表面上,利用还原反应,在泡沫表面沉积一层金属镍,使其具有导电性,可以进一步电镀。

化学镀镍的条件为(g/L):硫酸镍80,次亚磷酸钠24,醋酸钠12,硼酸8,氯化铵6。

将预处理的泡沫基体材料放入化学镀镍溶液中,泡沫表面有气泡产生,30min以后,泡沫材料表面的气泡产生明显减少,将其取出,表面上生成了一层薄的金属镍,用蒸馏水清洗备用。

泡沫金属的现有制备方法总结

泡沫金属的现有制备方法总结

泡沫金属的现有制备方法总结泡沫金属是一种具有多孔结构和良好力学性能的材料,广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。

本文将总结泡沫金属的现有制备方法,并对其特点和应用进行探讨。

首先,模板法是最早采用的一种制备泡沫金属的方法。

该方法将金属粉末和模板混合后,在高温下进行烧结,然后通过酸蚀模板,得到具有多孔结构的泡沫金属。

该方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的成型性能,但模板的选择和处理过程会对成品的性能和形状产生影响。

第二,溶胶凝胶法是一种利用溶胶凝胶反应生成的孔洞来制备泡沫金属的方法。

该方法主要包括凝胶浸渍法和凝胶共凝胶法。

凝胶浸渍法是将金属溶胶浸渍到泡沫状的碳骨架中,然后经过热处理得到泡沫金属。

凝胶共凝胶法是将金属溶胶和有机高聚物溶胶融合,形成共凝胶,再通过热处理得到泡沫金属。

这两种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的力学性能,但制备过程复杂,需要对溶胶和凝胶的性质进行精确控制。

第三,电解法是一种利用电解过程生成气泡来制备泡沫金属的方法。

该方法主要包括电解沉积法和电解析出法。

电解沉积法是在金属表面通过电化学反应析出气泡,然后通过热处理得到泡沫金属。

电解析出法是在金属溶液中施加电流,将阳极上的金属析出成泡沫状,再通过热处理得到泡沫金属。

这两种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的导电性能,但制备过程中需要对电解条件进行精确控制。

第四,发泡焊接法是一种利用熔化金属的表面张力迫使金属熔滴在钢网上形成泡沫金属的方法。

该方法通过加热金属粉末,使其熔化并附着在钢网上,通过熔滴的浸渍和堆积形成泡沫金属。

这种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的抗压性能,但制备过程中需要对加热温度和金属粉末的大小进行精确控制。

最后,高温直接发泡法是一种利用金属的熔点来制备泡沫金属的方法。

该方法将金属加热到超过熔点,并通过气体压力和表面张力使金属形成泡沫状。

这种方法制备的泡沫金属具有较高的孔隙率和良好的热传导性能,但制备过程中需要对温度和气体压力进行精确控制。

泡沫金属的制备_性能及其在催化反应中的应用

泡沫金属的制备_性能及其在催化反应中的应用

催化剂与载体制备收稿日期:2006203203;修回日期:2006207210 基金项目:上海市科委纳米技术专项基金(0452nm017)作者简介:胡 海(1976-),男,湖北省武汉市人,在读博士研究生,从事光触媒材料以及光催化降解污染物的研究。

通讯联系人:上官文峰,教授,博士生导师。

E 2mail :shangguan @泡沫金属的制备、性能及其在催化反应中的应用胡 海,肖文浚,上官文峰(上海交通大学燃烧与环境技术研究中心,上海200030)摘 要:泡沫金属是一种具有独特结构和性能的新型功能材料。

介绍了泡沫金属材料常见的制备工艺(发泡法,烧结法,铸造法,沉积法)、物理性能和在催化反应中的应用(载体和催化剂),并对泡沫金属材料在应用中存在的问题和前景作了评述。

关键词:泡沫金属;制备;催化剂中图分类号:T B303;T B34;TQ426.94 文献标识码:A 文章编号:100821143(2006)1020055204Preparation and properties of foam metal and its application in catalysisHU Hai ,X IA O Wen 2j un ,S HA N GGUA N Wen 2f eng(Research Center for Combustion and Environment Technology ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200030,China )Abstract :Foam metal ,as a new 2type functional material ,has unique characteristics and structure.The preparation techniques ,properties of foam metal and its application in catalytic reaction were re 2viewed.Preparation techniques for foam metal include forming ,sintering ,casting and deposition.Foam metal can be used as both carrier and catalyst.K ey w ords :foam metal ;preparation ;catalystC LC numb er :T B303;T B34;TQ426.94 Docum ent cod e :A A rticle ID :100821143(2006)1020055204 泡沫金属是一种结构内部含有大量孔隙的、功能与结构一体化的新型功能材料,常见的有泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁以及泡沫合金等。

泡沫金属的介绍及制备31

泡沫金属的介绍及制备31

泡沫金属的介绍及制备31泡沫金属的介绍及制备31泡沫金属是一种以金属材料为基础制成,具有类似泡沫状结构的材料。

它的制备过程中,首先需要选取合适的金属材料作为基材,常见的有铝、镍、钛等。

其次,在基材上加入一定比例的发泡剂,使金属材料呈现出气泡状态。

最后,通过烧结或热退火等工艺,使气泡中的气体逸出并固化,形成具有泡沫状结构的金属材料。

泡沫金属具有许多独特的性质和应用领域。

首先,由于其内部是由无数小气孔组成,泡沫金属具有极高的孔隙率和低密度,因此具有较轻的重量和优秀的吸能能力。

其次,泡沫金属具有优异的热传导性能,可用于制作热交换器、散热器等产品。

此外,泡沫金属还具有良好的声学特性和隔热性能,可用于制作噪音吸收材料和保温材料等。

此外,泡沫金属还具有良好的机械性能,可用于制作轻质结构材料和吸能缓冲材料等。

泡沫金属的制备方法主要分为多种,其中常用的有发泡剂法、模板法和金属粉末冶金法等。

发泡剂法是一种较为简单和经济的制备方法,其步骤包括:选取合适的金属粉末作为基材,加入一定比例的发泡剂。

然后,在一定的温度和压力下进行热处理,使基材中的发泡剂气化并形成泡沫结构。

模板法则需要制备一个具有所需孔隙结构的模板,然后通过烧结或电解沉积等工艺,在模板中填充金属材料,最后移除模板,获得泡沫金属。

金属粉末冶金法则以金属粉末作为原料,通过混合、压制和烧结等步骤,实现金属粉末的烧结和固化,形成金属泡沫。

综上所述,泡沫金属具有独特的结构和优异的性能,在航空航天、能源、汽车等领域有着广泛的应用。

随着制备工艺和材料研究的不断进步,泡沫金属的应用前景将变得更加广阔。

电沉积ni-w合金泡沫的研究

电沉积ni-w合金泡沫的研究

电沉积ni-w合金泡沫的研究近年来,随着电沉积ni-w合金泡沫及其在机械、电子、化工等领域的应用日益受到重视,研究人员急切地寻求有效的加工技术。

电沉积ni-w合金泡沫是一种新型先进材料,它具有较好的抗腐蚀性,较高的强度和良好的可塑性,是传统工艺无法实现的材料。

由于其优异的性能,它已被广泛应用于航空、船舶、电力、汽车和石油等行业。

电沉积ni-w合金泡沫的加工技术面临一些技术问题,首先,ni-w合金泡沫特有的细小尺寸和脆性限制了其加工精度及成形难度;其次,熔接方式是ni-w合金泡沫加工中最重要的考虑因素,但是需要考虑到泡沫材料本身的细小尺寸和厚度可能会影响熔接效果;第三,由于其较大的内存效应,ni-w合金泡沫的加工循环变化可能会影响其特性和性能,所以必须重视ni-w合金泡沫的加工参数调整。

为解决上述技术问题,研究人员提出了一系列的加工技术方法,如电子束熔接技术、波导激光焊接技术、不锈钢辐照焊接技术等。

电子束熔接是将电子束辐射到ni-w合金泡沫表面,以实现表面形成键合连接,从而达到加工ni-w合金泡沫的目的;波导激光焊接将激光源通过电缆传送到焊接点,以溶解连接两个ni-w合金泡沫;不锈钢辐照焊接是用碳纤维加热ni-w合金泡沫表面,从而实现ni-w合金泡沫的熔合。

除了上述加工技术方法,研究人员还提出了一些新的技术,如电流加热焊接技术、微纳米外延加工技术和激光处理技术,以及新型加工技术,如脉冲弧焊接技术、氩弧焊接技术和球弧焊接技术,这些技术都可以对ni-w合金泡沫进行加工,有效地克服了ni-w合金泡沫本身特点所带来的技术困难,为技术的发展和应用奠定了良好的基础。

总之,为了更有效地加工ni-w合金泡沫,研究人员一直在努力,他们不断开发新的加工技术,以提高ni-w合金泡沫的加工效率,表现出良好的性能。

电化学沉积法制备泡沫铁及其性能研究

电化学沉积法制备泡沫铁及其性能研究

第38卷第5期2010年10月浙江工业大学学报JO U RN A L OF ZHEJIA N G U N IV ERSIT Y OF T ECH N OL O GY V ol.38N o.5O ct.2010收稿日期:2009 03 03基金项目:浙江省 新苗人才计划 资助项目(2007R40G220022);浙江省科技计划面上科研项目(2009C31048)作者简介:孙路阳(1983-),男,山东淄博人,硕士研究生,研究方向为泡沫金属材料的制备,E m ail:Lou is.mercury@.电化学沉积法制备泡沫铁及其性能研究孙路阳,侯广亚,曹华珍,郑国渠(浙江工业大学化学工程与材料学院,浙江杭州310032)摘要:以导电聚氨酯泡沫为基体,采用电沉积/还原处理方法制备了多孔泡沫铁.研究了工艺条件(电解液质量浓度、pH 值、抗氧化剂、起始表观电流密度)对电沉积泡沫铁的电流效率和质量的影响,优化了工艺参数,用热重与差热分析仪测量了聚氨酯泡沫基体的热分解温度,采用显微硬度计和微机控制电子万能试验机测定了泡沫铁的显微硬度和抗压强度.结果表明,起始表观电流密度为4~6A/dm 2,pH =2~3时,电沉积效率较高,可得到质量分布均匀、显微硬度高的泡沫铁;800 下通H 2还原和热处理1h 所获得产品的抗压强度和显微硬度较为理想.关键词:泡沫铁;电沉积法;氢还原;热处理中图分类号:T Q153!!!!!文献标识码:A 文章编号:1006 4303(2010)05 0508 06Preparation and properties of iron foams by electrochemical depositionSU N Lu y ang ,H OU Guang ya,CAO H ua zhen,ZH EN G Guo qu(C ollege of C hem ical En gineering and M aterial Science,Zhejian g U nivers ity of T echnology,Hangzh ou 310032,China)Abstract:Iron foam s w ere prepar ed on the template of conductive PU fo am via electrodeposition/hy dro gen reduction method.T he effects of process co nditions (co ncentratio n of electroly te,pH value,antiox idants,initial apparent cur rent density)on the current efficiency of electrodepositon and mass distribution of the products w ere studied,and then optimized parameter w as obtained.Decom positio n tem perature of PU foam w as character ized by therm ogr av im etric/differential thermal analysis (TG/DT A ).M icro hardness and compressiv e strength o f the pr oducts w ere measur ed.T he results show that ir on fo am s w ith evenly m ass distr ibutio n and high micro hardness as w ell as hig h curr ent efficiency can be obtained under co nditions of initial apparent curr ent density o f 4~6A/dm 2and pH =2~ 3.Products w ith relativ ely desir able micro hardness and com pr essive strength could be made through hydr ogen reduction w ith a heat tr eatment up to 800 for 1hour.Key words:iron foam;electrodeposition;hy drog en reduction;heat tr eatment !!作为尾气转化器的主要组成部分∀∀∀载体材料[1],其主要作用是提供有效比表面积及适宜的孔结构,并使催化剂获得好的机械强度及热稳定性,起到活性中心和节省活性组分用量的作用.泡沫铁基合金具有价格便宜、比表面积大、抗压强度高、热膨胀系数低及热稳定性好等特点,更适合用于汽车尾气转化器的载体材料.泡沫铁及铁基合金的制备主要有粉末烧结法[2 3]和电沉积法[4].由于铁的熔点高、粘度低,其混合粉末的相对压实密度低以及烧结过程的不可见性等因素,致使粉末烧结法制备泡沫铁存在一系列的工艺难题.用电沉积法制备泡沫铁可以有效地确保产品的孔隙率和通孔率,但国内外有关这方面的研究报道很少.陈红辉等[4]电沉积法制备泡沫铁的工艺进行了初步的研究,但对电沉积方式及烧结工艺等没有做详细的讨论.笔者在获得稳定的氯化亚铁镀液体系基础上研究了常温下泡沫铁的电沉积制备工艺、确定了泡沫基体的分解温度,同时还研究了H2还原和热处理过程对产品的显微硬度和抗压强度的影响,为后期开发更为丰富的泡沫铁基合金产品提供了技术依据.1!实验方法1.1!工艺流程图1为电化学沉积法制备泡沫铁的工艺流程.图1!电化学沉积法制备泡沫铁的工艺流程F ig.1!Flow chart for preparing iro n foams by electr ochem ical deposition聚氨酯泡沫经碱性除油液除油清洗后,采用石墨/丙烯酸树脂体系导电胶[5]对泡沫进行导电化处理,并在80恒温干燥箱中固化30min,即可获得导电性能优越的聚氨酯泡沫.电沉积铁采用氯化亚铁体系,并在镀液中加入合适的添加剂.用JWY 3010DC 型直流稳压电源,将已导电化处理的泡沫基体用铜片夹持固定后做阴极进行电沉积.基体热分解采用马弗炉高温煅烧处理.经煅烧处理后的泡沫铁在1#1丙酮和无水乙醇混合溶液中超声波震荡除去脉络中的残余石墨,再置于管式电阻炉内于600~900下通H2还原和热处理,即得泡沫铁产品.1.2!实验材料与镀液组成采用尺寸为50mm∃40mm∃7mm的规则开孔聚氨酯泡沫塑料为基体,孔密度25PPI,开孔率>95%,孔隙率>97%.所用硼酸、氯化钠、氯化锰、氢氧化钠、氨磺酸、抗坏血酸、葡萄糖酸钠、碘化钾和十二烷基苯磺酸钠为分析纯试剂;氯化亚铁、盐酸为化学纯试剂.阳极为工业纯铁,外套阳极袋防止杂质颗粒对镀液造成污染.表1为铁镀液基本组成,温度30,镀液pH 值范围1.0~4.0,采用10%NaOH溶液和1#1盐酸调节.表1!电沉积铁镀液基本组成Table1!Fundamental components of iron plating solution组分质量浓度/(g%L-1) FeCl2%4H2O100~450硼酸30N aCl30M nCl25抗氧化剂2十二烷基苯磺酸钠2∃10-31.3!实验分析方法与产品检测室温下,用霍尔槽试验和测量电导率的方法确定镀液主盐质量浓度.抗氧化剂的选择采用在所确定主盐质量浓度的镀液中分别加入2g/L不同抗氧化剂(氨磺酸、抗坏血酸、葡萄糖酸钠和碘化钾等), 25恒温水浴搅拌条件下测量镀液中Fe3+质量浓度随时间的变化,在一定时间内镀液中Fe3+质量浓度变化最小的抗氧化剂为优.表观电流密度系将泡沫电极看做整体计算单位表面积上通过的电流;电流效率系电极上通过单位电量时产物的实际质量与其电化当量之比,以百分数表示;Fe3+质量浓度采用EDTA滴定法[6]测定.与一般以实心良导体材质作阴极的电沉积过程中不同,经导电化处理后的泡沫基体一方面电阻率仍然较大,在电沉积的初始阶段存在一个石墨层被铁镀层逐渐覆盖的过程;另一方面,泡沫基体的多孔网状结构也使电沉积方式区别于常见的恒电流法,所以在电沉积初期表观电流密度随时间变化会发生变化.将泡沫基体表面上金属的覆盖率达到90%设为初始阶段,以考察不同起始表观电流密度下,电沉积初期表观电流密度随时间的变化情况.将所制备的泡沫铁等体积裁剪成6份,测量每一份质量与其平均质量的差值,即为产品的质量偏差.聚氨酯泡沫基体的热分解温度根据其T G/DT A曲线确定,即用Diamond T G/DTA型热重与差热分析仪,在空气氛围下,以20/min的速度升温至1000,对聚氨酯泡沫基体的热分解情况进行分析测定.在热分解温度下,通过测量煅烧过程中泡沫铁试样的质量变化确定聚氨酯泡沫完全分解所需要的时间.试样用环氧树脂镶嵌,经600目水磨砂纸打磨后,用H DX 1000数字式显微硬度计测定产品的显微硬度,加载质量200g,持续时间15s.将试样剪%509%第5期孙路阳,等:电化学沉积法制备泡沫铁及其性能研究裁、打磨成约30mm ∃30m m ∃8m m 规格,用RG4100微机控制电子万能试验机测量泡沫铁的抗压强度,加载速度0.5mm /min.2!结果与讨论2.1!镀液中主盐质量浓度的选择镀液中FeCl 2质量浓度与霍尔槽试验光亮区的关系如图2所示.可看出,在开始阶段,随着FeCl 2质量浓度的增加,霍尔槽试验光亮区域宽度逐渐增大,在FeCl 2质量浓度达到350g/L 时,霍尔槽试验光亮区域宽度出现峰值,随后开始逐渐减小.这是因为随着主盐质量浓度增加,Fe 2+的阴极极化减小,铁的析出电位向正方向移动,所以更容易析出.但在没有添加抗氧化剂和络合剂的条件下,高质量浓度FeCl 2溶液中的Fe 2+离子在电沉积过程中很容易在阳极被氧化成Fe 3+离子,Fe 3+离子水解形成Fe(OH )3胶体影响铁的稳定沉积.霍尔槽试验实验过程中,高质量浓度FeCl 2镀液阳极区周围出现Fe(OH )3的褐色沉淀这一现象也证明了水解反应的发生.图2!FeCl 2质量浓度与霍尔槽试验光亮区宽度的关系图F ig.2!Relationship betw een the mass concentration of FeCl 2and the brightness ar ea width in Hull Cell testFeCl 2质量浓度与溶液电导率比(设该值为溶液的电导浓度比)及溶液电导率的关系如图3所示.可看出,随主盐质量浓度的增加,溶液电导率也逐渐增加,但是溶液电导浓度比则显著下降.这是因为溶液中有氯化钠作为导电盐存在,导致增加FeCl 2质量浓度对溶液电导率的提升有限.根据Enriquez Granados 和M.Roger 经验方程[7],孔隙率和比表面积一定的多孔电极,溶液电导率与金属离子质量浓度的比值对其受镀深度的影响较大.因此,溶液中FeCl 2质量浓度不宜过高.此外,镀液中Fe 2+质量浓度较低时,阳极溶解速度将大大高于铁在阴极的沉积速度[8],使Fe 2+在电解液中的质量浓度变得不稳定.综合考虑,FeCl 2质量浓度在300g/L 左右较为合适.图3!FeCl 2质量浓度与溶液电导浓度比及溶液电导率的关系图Fig.3!Relatio nship betw een the mass co ncentrat ion ofF eCl 2and so lutio n conductiv ity as well as ratio of mass concentr ation and solution conductiv ity2.2!抗氧化剂的选择含2g/L 不同抗氧化剂的镀液中Fe 3+质量浓度与时间关系如图4所示.从图4可以看出,新配置的FeCl 2镀液仍含有少量的Fe 3+,随着搅拌时间的增加,Fe 3+质量浓度逐渐增加.在该实验条件下,加入抗坏血酸的镀液中Fe 3+质量浓度增加比加入其他3种抗氧化剂的镀液中Fe 3+质量浓度增加要小得多.故选择2g/L 的抗坏血酸作为铁镀液的抗氧化剂.图4!加入同质量浓度不同抗氧化剂的镀液中Fe3+质量浓度与时间关系图F ig.4!Relatio nship between t ime and the mass concentr atio no f F e 3+in plating solutions w ith v aried antio xidants of equal mass concentr atio n%510%浙江工业大学学报第38卷2.3!电沉积方法对泡沫铁质量分布和电流效率影响表2为恒电流电沉积和先恒压再恒流电沉积试验结果.随着电流密度的增大,电沉积速度会逐渐增加.但泡沫基体的网状结构对电力线的分布有很大影响,随着电流密度的增加,泡沫基体外部会对内部产生一个明显的屏蔽作用,使基体内部沉积铁困难;同时,泡沫基体边缘的枝节末端也将产生较强的边缘效应,使电沉积铁的质量分布均匀性大大降低.在电沉积的初始阶段设定一个恒定的电压,待泡沫基体表面基本被金属覆盖后再转为恒电流沉积,即可保证产品均匀性,同时还可缩短电沉积的时间.表2!不同沉积方式的电流效率、沉积速度和泡沫铁质量偏差数据Table 2!Current ef ficiency,deposition velocity and mass deviation of different deposition methods 电沉积方式电流效率/%沉积速度质量偏差/%恒流1A/dm 294.6很慢&0.42恒流2A/dm 293.8很慢&0.71恒流3A/dm 291.9慢&1.18恒流4A/dm 288.7较快&1.64恒流5A/dm 283.6较快&2.77恒流6A/dm 278.2很快&3.95先2.5V 恒压30min,再恒流3A /dm 283.5很快&0.66!!不同起始表观电流密度D k 0下,表观电流密度随电沉积时间变化曲线如图5所示.从中可以看出,D k 0为1.0A/dm 2时,表观电流密度随电沉积时间变化几乎成线性增加,曲线较为平坦.从试验现象看,金属铁在泡沫基体上的沉积速度比较缓慢,要达到表面90%的金属覆盖率,即初始阶段所需时间超过1800s.当D k 0达到6.0A/dm 2时,泡沫基体表观电流密度快速增加,完成初始阶段所需时间大约只需要900s,之后,随着电沉积时间增加,表观电流密度恒定不变.而当D k 0为8.0A/dm 2时,表观电流密度随电沉积时间变化几乎成线性增加,曲线较为陡峭,初始阶段持续时间较短.从试验现象看,泡沫电极表面将产生大量的毛刺和粉末状沉积物.根据电沉积理论可知,如果在总电流密度等于或大于析出金属的极限电流密度下进行电解,会使成长晶体表面附近被沉积金属离子的浓度变得很小,以致极化陡增,从而使生成新的结晶中心的几率大为增加,沉积金属的表面积大为扩展,每单位实际阴极表面上的电流密度变得很小,使生长中的表面易于钝化,生长的晶体变细,各晶枝之间的结合处越来越小,不大的应力(如析氢和机械搅拌)就可使这些线状晶枝碎断,产生粉末[8].因此起始表观电流密度D k 0应控制在4.0~ 6.0A/dm 2之间.图5!表观电流密度随电沉积时间变化曲线Fig.5!T ime curv e of appar ent curr ent density2.4!pH 值对电流效率和显微硬度的影响表3是不同pH 值电沉积的电流效率和经600 通氢还原后产品显微硬度数据.从表3可以看出,随着pH 值增加,电流效率逐渐增大.当pH =3.5时,电流效率最高,当pH 值>3.5时,电流效率下降.同时,泡沫铁的显微硬度也是先增大后减小,在pH =3时达到最大值.这可能是因为当pH 值<3.5时,随着pH 值增加,使得泡沫铁表面的析氢逐渐减弱,电流效率逐渐增加,同时pH 值的升高也会使晶粒尺寸逐渐减小,进而使显微硬度增加;当pH >3 5时,阴极区开始出现氢氧化物沉淀并附着在电极上,阻碍了反应的正常进行,也将造成镀层质量的下降,显微硬度降低[9].因此,本实验控制pH 值在2.5~3.0之间.表3!不同pH 值电沉积的电流效率和产品显微硬度Table 3!Current efficiency and microhardness of productswith diff erent pH value of solutionpH 值电流效率/%显微硬度/M P a1.573.21802.078.12102.582.72303.084.32503.585.11604.083.71102.5!泡沫基体热分解温度的确定图6是导电胶固化后泡沫基体的T G ∀DT A 曲线.从图6可以看出,泡沫基体在280 前基本上没有质量损失,缓慢的放热应该来自有机物的内部分解.280~380 出现第一个放热峰,这应该是分解温度较低、燃烧值较小的聚氨酯泡沫和丙烯酸树脂的集中燃烧区,在这一阶段,基体有明显的质量损%511%第5期孙路阳,等:电化学沉积法制备泡沫铁及其性能研究失.当升温到640 时,放热反应和质量损失均趋于平缓,这可能是有机物分解以后残余的微量含碳物质在反应.当升温到700 时,DT A 曲线出现更强烈的放热峰,这可能是剩余的石墨集中参与燃烧.当升温至850 时,所有导电泡沫基本燃烧完全.图6!浸涂导电胶后泡沫基体的TG ∀DT A 曲线Fig.6!T G ∀DT A Cur ve of conductiv e PU fo ams在实际操作中,可以尽量选择较低的热分解温度.一方面,残余的石墨可以直接通过超声波震荡除去;另一方面,通过电沉积法制得的泡沫铁脆性较大,热分解温度过高常常导致泡沫结构在温度的急剧变化中产生断裂甚至破碎,影响了产品的质量.通常情况下,选择500 进行煅烧.500 下,15.98g 泡沫铁的质量损失与煅烧时间关系如图7所示.从图7可以看出,在煅烧过程中,泡沫铁质量损失主要集中在2~6m in 这段时间,通过实验现象观察,这是聚氨酯泡沫燃烧的过程.8min 以后,泡沫铁质量几乎不再变化.经计算,其质量损失与原聚氨酯泡沫的质量相差不大,故可认为聚氨酯泡沫基体基本分解完全.图7!500 时,泡沫铁质量损失与煅烧时间关系图Fig.7!Relat ionship bet ween time and the mass var iatio nsof specific ir on foam2.6!通氢还原和热处理工艺条件对泡沫铁抗压强度和显微硬度的影响!!图8是泡沫铁经不同温度通H 2还原1h 后的压应力∀应变曲线.从图8中可以看出,未经烧结还原的泡沫铁抗压性能很差,这是因为铁镀层的为粉末堆积方式,颗粒之间的结合较差.图8!泡沫铁经不同温度通H 2还原1h 后的压应力∀应变曲线F ig.8!Co mpr essive stress strain diag ram of ir on foams reduced by H 2in differ ent temper at ur es当还原温度从600 升至800 时,泡沫铁的抗压强度逐渐增大,弹性形变区间较小,均在0.1%以下;当温度达到900 时,抗压强度出现明显下降,同时,弹性形变区间扩大,泡沫铁的塑性增加.对样品进行显微硬度测试的结果也显示,经900 还原的泡沫铁显微硬度(约为150MPa 左右)较其他温度还原后的产品显微硬度低(均大于220M Pa).产生此结果的原因可能是随着烧结温度的提高,材料的晶粒尺寸变大,导致性能下降.3!结!论(1)以导电聚氨酯泡沫为基体,采用电沉积/还原处理方法制备了多孔泡沫铁.电沉积的工艺参数为,FeCl 2%4H 2O 300g /L,硼酸30g/L,NaCl 30g /L,MnCl 25g /L,抗坏血酸2.0g/L,十二烷基苯磺酸钠2∃10-3g /L,pH =2.5~3,温度30 .(2)先恒压再恒流的电沉积方式容易实现泡沫铁的快速电沉积,并且电流效率高、质量分布均匀.对于恒压电沉积阶段,起始表观电流密度控制在4~6A/dm 2较好.在pH =2~3之间时,泡沫铁的电流效率较高,同时具有较高的显微硬度.%512%浙江工业大学学报第38卷(3)通H2还原温度为600~800时,泡沫铁的抗压强度和显微硬度随温度升高逐渐增大.当温度达到900时,产品的抗压强度和显微硬度明显下降.参考文献:[1]!张健,李程,吴贤,等.金属纤维多孔材料在机动车尾气净化器中的应用[J].稀有金属材料与工程,2007,36(S3):378 381. [2]!RABIEI A,VENDRA L J.A comparison of composite metalfoam s properties and other comparable metal foams[J].M ate rials Letters,2009,63:533 536.[3]!高芝,周芸,左孝青,等.粉体致密化法(PCF)制备泡沫铁的研究[J].昆明理工大学学报:理工版,2006,31(6):32 35.[4]!陈红辉,朱爱平,夏健康,等.泡沫铁制备工艺的研究[J].电镀与环保,2007,27(5):11 12.[5]!巩宝珍,张会堂,刘晶,等.导电胶(涂料)的研制[J].山东化工,2003,32:6 9.[6]!刘彦明,刘斌,杨宇.Fe3+、Fe2+的连续测定[J].信阳师范学院学报:自然科学版,1999,12(3):290 292[7]!ST ORCK A,E NRIQUEZ GRANADOS M A,ROGER M A.T he beh avior of porous electrodes in a flow by regime ∋:theo retical study[J].Electroch imica Acta,1982,27(2):303 311. 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多孔(泡沫)材料制备方法综述

多孔(泡沫)材料制备方法综述

四、金属沉积法
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5) 电沉积
导电化处理可用蒸镀(如真空蒸镀)、离子镀 (如电弧离子镀)、溅射(如磁控溅射)、化学镀(如 镀Cu、Ni、Co、Pd、Sn等)、涂覆导电胶(如石墨胶体、 碳黑胶体)、涂覆导电树脂(如聚吡咯、聚噻吩等)和 涂覆金属粉末(如铜粉、银粉等)。其中常用的方法是 化学镀和涂布导电胶。另外,还可由化学氧化聚合, 在 多孔基体孔隙表面形成导电性高分子层, 或由化学氧化 聚合形成导电性高分子层后, 再在此导电性高分子层上 用电解聚合方法形成导电性高分子层, 然后电镀。作为 化学氧化聚合的单体, 有吡咯、噻吩、呋喃等杂五环化 合物和它们的衍生物。
四、金属沉积法
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5) 电沉积
目前在国内外普遍采用该法进行大规模制备高孔率 金属,其产品不但孔率高(达80%-99%), 而且孔结构分 布均匀, 孔隙相互连通。该法以高孔率开口结构为基体, 一般采用三维网状的有机泡沫, 常用的有聚氨基甲酸乙 酯(包括聚醚氨基甲酸乙酯泡沫和聚脂氨基甲酸乙酯泡 沫), 聚脂、烯聚合物(如聚丙烯或聚乙烯)、乙烯基 和苯乙烯聚合物及聚酰胺等。也可采用纤维毡等。主要 过程分基材预处理、导电化处理、电镀和还原烧结4步。 首先应将基体材料进行碱(或酸)溶液处理, 以除油、 表面粗化和消除闭孔, 然后清洗干净。
多孔(泡沫)材料制备方法
一.粉末冶金法
二.纤维冶金法
三.铸造法 四.金属沉积法 五.其它方法
一、粉末冶金法
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粉末冶金是用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的 混合物)作原料,经成型和烧结制造多孔金属材料、复 合材料及各种类型制品的工艺过程。 烧结:粉末在低于主要组分熔点温度下加热,使颗粒 间产生连接,把粉状物料转变为致密体,是一个传统的 工艺过程。

一种制备泡沫镍钼合金的电沉积方法

一种制备泡沫镍钼合金的电沉积方法

一种制备泡沫镍钼合金的电沉积方法我折腾了好久制备泡沫镍钼合金的电沉积方法,总算找到点门道。

最开始的时候,我真的是瞎摸索。

我就知道个大概原理,是通过电沉积将镍和钼沉积到基底上,可哪有那么简单啊。

我先准备电源,就那种能调节电压和电流的直流电源。

然后找基底,我试过好几种,什么普通的金属片啊,还有一些多孔的材料。

当时就想着,这多孔的材料可能会让镍钼沉积得更均匀,说不定最后形成的合金泡沫结构会更好。

可是啊,却忽略了一个大问题。

就拿我的一次失败经历来说。

我把基底选成了一种不太合适的多孔金属材料,结果在电沉积过程中,金属和基底的结合特别差。

就像是在沙堆上盖房子,基底根本抓不住沉积上去的镍和钼。

我当时可沮丧了,这都白忙活了。

后来我想啊,可能是预处理没做好。

所以我就开始特别重视基底的预处理。

我把基底清洗得那叫一个干净啊,就像洗自己心爱的宝贝一样仔细。

用了各种化学试剂浸泡、冲洗,去除表面的油污、氧化物这些杂质。

我发现这个清洗步骤太关键了,就像给后面的镍钼入住打好基础一样。

接着就是配置电解液。

镍离子和钼离子的浓度可不好控制。

我先是按照理论的配比来,发现沉积速度特别慢,而且合金的成分也不是我想要的。

然后我就一点一点调整,这个过程就像是在黑暗里摸着石头过河,试了好多次。

我还试过加入不同的添加剂。

有些添加剂说是能够改善沉积的均匀性。

我加了一种但是效果不好,感觉像是做菜放错了调料一样,完全把味道弄砸了。

还有电流密度和沉积时间。

这个我也是摸索了好久。

电流密度如果太大,沉积出来的合金就很粗糙,就像像是长了很多疙瘩一样。

要是电流密度小,那就得等好久,效率又很低。

我有时候为了等一个合适的沉积厚度,等了非常久的时间,中间还忍不住偷偷调高电流,结果就坏事了。

再就是温度,这个因素也很容易被忽略。

温度高一点的时候,离子扩散的速度会加快,沉积的速度好像也快一些,但是又不能太高,不然电解液会挥发得很严重,浓度就变了,那就又影响沉积了。

我有一次就是没注意温度控制,到最后整个电解液都快干了,沉积出来的镍钼合金质量那叫一个差。

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电沉积法制备泡沫铁作者张凤鑫摘要——以聚氨酯泡沫为基体,经预处理,化学沉积、电沉积和焚烧及热还原工艺制备了均匀分布三维网状孔结构的、高空隙率(>95%)且具有一定拉伸强度的泡沫铁材料。

通过生物显微镜观察了制备过程各步骤产品的形貌。

关键词电沉积制备泡沫铁ABSTRACT A novel method for preparing very porous foamy iron was proposed , in which the polyurethane foam as substrate was processed by pret reatment , electrodeposition and roasting-reduction . The foamy iron presents a three-dimensional network structure with high porosity , uniformity , mechanica l strength and tenacity .KEY WORDS Electrodeposition , Manufacturing ,一. 前言发泡金属又称泡沫金属,是一种新型的功能材料,从结构上可分为多泡性发泡金属和通透性发泡金属两种,前者含有大量独立存在的气泡,而后者则以连续畅通的三维多孔结构为主。

由于结构不同,性质也有很大的差异,具有不同的用途。

发泡金属的制备方法有很多种[1],包括有铸造法,粉末冶金法、烧结法、沉积法和高压浸透法,气相蒸发沉积法等。

本实验是采用电沉积法制备发泡金属铁,是指在通电条件下,溶液中的金属离子沉积在基体上的电镀过程。

所谓的电镀过程,它是一种电沉积过程,具体说来,是电解液中的金属离子在直流电的作用下,在阴极上沉积出金属的过程。

电镀法采用以发泡树脂为基体,分三步来完成的:即首先将原料(聚氨酯发泡树脂)表面做导电处理,处理过程包括洗涤,粗化、敏化、活化、化学镀或涂覆导电浆;然后在适当的条件下进行电镀;电镀后烧结除去有机基体,并在H2 流中还原。

也可以将碳纤维制成的毡作基体,洗净处理后直接进行电镀,再经洗净、干燥、烧结还原,即得发泡金属。

用电镀法制备发泡金属一般只适用于导电性较好的金属,如Ni、Ni合金、Cu、Cu合金、Ag等。

采用电镀法,其独特之处在于可以生产出高度均匀和孔隙率高的发泡金属在某些情况下,为了改善镀层的连续性和保证镀层与基体金属或合金之间具有必要的结合力,往往在基体金属上镀一层其他金属或合金作为中间镀层。

如果金属在中间镀层上比在基体金属上容易析出,那么就有利于获得连续而比较均匀的镀层。

本实验就是先在树脂上化学镀,作为中间体,再电镀铁。

发泡金属具有许多诱人的特性,如:(1)它的重量轻,比重仅有母体金属的2%~60%;(2)比表面积大,高达106m2/m3;(3)它的通透性好,对液体和气体的阻力很小;(4)能量吸收强,可以吸收震动和声波等;(5)热导率低;(6)电磁屏蔽性好;(7)阻燃性优良;(8)有良好的催化性;(9)有极佳的气敏性等。

因此,已经开发和正在开发的用途很广泛,如能量吸收器、减振器、过滤器、阻燃器、换热器、内燃机的排气消音器、多孔电极、充电池的极板材料、高温填料、电磁屏蔽材料、太阳能转换器、化学工业的催化剂及催化剂载体,慢性约束核聚变激光试验中的超热电子抑制材料等。

预计在航天航空、能源材料、化工、冶金、仪器仪表等方面,均有着很好的应用前景。

泡沫金属的机械性质主要取决于其密度,但也与其孔径,孔结构及孔分布状态有很大的关系。

密度反映了孔隙率,所以孔隙率是决定泡沫金属机械性能的重要参数。

以烧结法制备的低密度泡沫镍(95%孔隙率),在退火条件下几乎不能施加负荷,电沉积法生产的孔隙率为96%的泡沫镍,拉伸强度大于1.3N/mm2。

早在1951年就成功地生产出了泡沫铝,但其机械性能却不好,为了改善泡沫铝的强度性质,采用的方法有:(1)加入增粘剂,通常为含氧物质,与金属铝在原位形成氧化物;(2)在熔融状态的泡沫铝中加入高达30%的铝渣,可以得到较高强度的泡沫铝;(3)断续热处理和老化热处理可提高泡沫合金的强度;(4)在泡沫金属中添加增强纤维,可以大大提高其强度性质。

通透性是多孔金属做为过滤材料,液液分离材料和消音材料等用途的关键性质。

一般地,通透性随孔径的增加而增大,但它也受孔面积粗糙度的影响,而且受闭孔数目的影响很大,只有那些具有开孔结构的泡沫金属才具有高的通透性。

用金属丝粉末冶金(纤维冶金)法生产的多孔材料,作为过滤材料使用,有很多的优点。

这种方法适用于多种金属,如铜,镍,镍铬合金,不锈钢等。

泡沫金属作为吸收声波材料,其吸收率可高达99%以上。

泡沫金属对声波的吸收能力受孔结构的影响较大,而且不同孔结构的泡沫对不同频率的声波吸收能力是不同的。

多数情况下,开孔越多,吸音性越好。

孔的大小对所有频率声波的吸收能力均有影响,孔径越小,吸收频率越高。

最小孔径的泡沫镍对声波有最好的吸收,所以改变孔径和材料的形状,可以改善泡沫金属对声波的吸收性。

泡沫金属的传导性是指泡沫金属对热及电的传导性。

在给定体积的泡沫金属中,所含的金属量很少,而且孔隙率越高,含量越少。

这就意味着其电及热的传导性要比母体金属差得多。

试验表明:密度为母体金属4%的泡沫铜和镍,其电导率只有母体的1%左右。

泡沫镍的热导约为金属镍的1%;泡沫铝的热导也很低;泡沫铝的电阻却高达1010Ω数量级,所以泡沫金属具有很好的热、电绝缘性。

泡沫金属仍保有母体金属的铁磁性,因此它具有电磁屏蔽性。

发泡镍具有良好的屏蔽效果。

研究表明,发泡金属的电磁屏蔽性能在一定数值以上不受体积密度的影响,但受孔径大小的影响。

泡沫金属的应用范围很广,正在开发的用途日益增加。

目前,泡沫金属的发展已受到很大的关注,下面列举几项它的应用。

泡沫金属作为减振器(或能量吸收器)可能的应用范围从内燃机的消音器到一些机械的紧固装置,航天飞机的保护外壳、碰撞记录仪,以及航天飞机的着陆“脚”等等。

泡沫铝是一种优良的能量吸收材料,它可以用在起重机和传送带的安全缓冲系统中;在高速球磨机中,可作为能量吸收衬里保护膜;作为减振材料,也可以用在汽车工业中。

而5~10%母体金属密度的泡沫铜作为减振材料,其性能优于橡胶。

泡沫金属是一类很好的过滤材料,可用于过滤除去气体、液体中的固体颗粒,如用于石油、汽油、制冷剂、高聚物熔体、水悬浮液,高炉气等的过滤,净化。

特别是一些需要在较高温度下过滤的气体和液体(如金属液体),更能显示泡沫金属过滤器的重要性。

现在用的最多的金属过滤材料是泡沫铜及泡沫不锈钢。

用泡沫铜可以过滤除去输气管线中的灰尘等杂质,也可以用在呼吸装置系统中以取代丝网过滤材料,提供更好的过滤性能。

泡沫镍可用于过滤除去水,燃料油及流体控制系统中的微小固体颗粒。

用电沉积法生产的泡沫金,可用于过滤除去强腐蚀性液体中的固体颗粒。

而在分离介质应用中,如从水中分离油;扩散介质(也称为分布器),如向液体中通入气体或向液体流中通入CO2等,可以通过泡沫金属分散成微气泡。

在生物化学领域,可以用压缩金属泡沫作为渗透膜的支持体。

从原理上讲,泡沫金属也可以作为渗透与反渗透材料,可用于脱盐和除氢,废水处理等等。

我们为了提高孔隙率,常常加入疏松剂,这种试剂在烧结过程中分解或挥发,也可以通过升华或浸取除去。

如在生产铁、镍、铜或它们的合金过滤器时,常加入甲基纤维素做疏松剂,孔隙率可提高到70%~90%。

泡沫金属是一类优良的消音材料。

利用泡沫金属扩散降压,几乎可以完全消除在高压输气管道降压时产生高分贝的噪音,而且对气流没有太大的影响。

日本已将泡沫金属用于汽车工业及内燃机汽缸消音和列车发电机室的消音,还用在了录音棚的消音等等,作为消音材料用途很广。

泡沫金属是一类优良的阻燃器材料,它可以阻止火焰通过,让气体自由通过,相当于从燃烧的气体中将火焰“过滤”掉。

因此在矿井的电机及电源开关,炼油厂及其它类似的工厂中,有着重要的用途。

泡沫金属具有很高的比表面积,因此是加热器及热交换器的优良材料。

泡沫镍可以吸收转化照在其上的90%的太阳能,因此它可能被用作太阳能收集器。

泡沫镍对于循环空气加热器也是一种有效的加热过滤材料。

泡沫镍用于电阻式水热器比其它材料要好的多,且具有较低的表面温度。

在换热机械装置中,如果将泡沫金属直接做在换热管的内外表面,则可以大大增加换热面积,提高换热速度和效率。

泡沫金属的特殊结构及物理性能表明这是一类轻质、优良的结构材料,特别在200℃以上的高温下使用,更显其优越性。

泡沫铝已用于飞机上复合材料的芯片,泡沫镍已用于墙体或地板的加热瓦,将泡沫镍卷成圆柱状,可作为带钢加热管,用于各种液体,包括液体金属的加热。

泡沫金属也可用于多孔结构的抗压增强填料,其开孔结构可允许热流体进入以防冷冻,将泡沫金属粘结在固体基体上,可以制得多功能的结构材料。

泡沫金属与高分子聚合物复合可制得具有优良性能的结构材料等等。

泡沫金属可用作碱性电池及燃料电池的极板材料,特别是发泡镍用于镍氢,镍铬充电电池,其电池容量可分别提高50%和30%。

发泡镍也可作为电化学反应器的多孔电极。

利用发泡镍制作电化学脉冲流反应器,进行苯乙醇的氧化,可大大提高电流效率及转化率。

在化学工业中,泡沫金属是一种很有吸引力的金属材料。

它用于精馏塔的填料及塔板材料,可大大提高理论塔板数。

因为它具有很高的比表面积,所以也是一种很好的催化剂或催化剂载体。

有数据表明,用泡沫金属做催化剂可比其它催化剂提高50倍以上的效果。

银是工业上常用的催化剂,多用于选择性氧化,如乙烯氧化成环氧乙烷等。

目前,应用的有两种,一种是附载型,另一种是银丝。

前者催化剂使用寿命短,再生及回收困难,后者的比表面积小,催化活性低。

考虑到发泡金属的特点,如将银制成发泡银用以代替目前的银催化剂,可具有一定的特点。

在化学工业中,铁也可作为催化剂,用发泡铁,就是充分利用它的高空隙率,通透性好的特点,以代替铁粉。

二. 实验2.1 仪器及试剂2.1.1 仪器:晶体管直流稳压电源(上海产),IAS4型图象分析仪,生物显微镜,国产HDV-7C型恒电位仪,电镀槽,电磁感应炉,可控硅温度器,YJ92/5型直流稳流电源等。

2.1.2 试剂:聚氨酯软泡沫,厚度2.4mm ,空隙率为90%以上;KMnO4,H2SO4(ρH2SO4=1.84 ),草酸,SnCl2·2H2O ,HCl(36%水溶液),PdCl2,NaH2PO2·2H2O ,NaOH ,NiSO4·6H2O ,柠檬酸钾,NH4Cl ,FeCl2·4H2O ,NaCl 。

实验用试剂均为分析纯,实验用水皆为一次蒸馏水。

2.1.3 试剂配制SnCl2·2H2O (20g/L )溶液配制:称取10g SnCl2·2H2O ,并用少量1:1的盐酸溶液溶解,加水稀释至500ML。

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