一種泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于泡沫金屬材料領(lǐng)域，特別提供一種多孔鎳基合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來金屬多孔材料的開發(fā)和應(yīng)用日益受到人們的關(guān)注，金屬多孔材料(泡沫金屬)是由剛性骨架和內(nèi)部的孔洞組成，具有優(yōu)異的物理特性和良好的機(jī)械性能的新型工程材料，在20世紀(jì)80年代后期迅速發(fā)展起來。它具備的優(yōu)異物理性能(如密度小、剛度大、比表面積大、吸能減振性能好、消音降噪效果好、電磁屏蔽性能高等)使其應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展到航空、電子、醫(yī)用材料及生物化學(xué)等領(lǐng)域。而且?guī)в型椎慕饘俣嗫撞牧线€具有換熱散熱能力強(qiáng)、滲透性好、熱導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]多孔鎳或泡沫鎳目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電池電極材料、過濾載體、化工催化劑載體、電磁屏蔽材料、貴金屬置換回收等眾多領(lǐng)域。采用多孔的基體泡沫塑料，通過化學(xué)鍍鎳、真空鍍鎳等方法制備導(dǎo)電層，經(jīng)預(yù)鍍鎳后在硫酸鹽鍍鎳電解液中電鍍厚鎳，然后經(jīng)灼燒、還原、退火工序便可得到性能優(yōu)良的三維網(wǎng)狀泡沫鎳材料。采用此種方法制備的多孔鎳，其孔徑通常受基體泡沫塑料的孔徑限制，孔徑通常較大。
[0004]脫合金法是一種制備納米多孔材料的方法，也可以用于制備多孔鎳合金，但是此方法屬于脫合金腐蝕，用于制備多孔金屬材料時(shí)一般都是在金屬材料表層進(jìn)行，難以制備大塊材料。本發(fā)明提供了一種大規(guī)模制備微米級(jí)及微米以下尺寸的多孔鎳合金的方法，以滿足多孔鎳在能源、航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、機(jī)械、醫(yī)藥和環(huán)保等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種制備具有三維通孔結(jié)構(gòu)的泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備工藝。
[0006]本發(fā)明具體提供了一種泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備方法，其特征在于:在真空環(huán)境中，將鎳基合金中的易揮發(fā)合金元素逐漸揮發(fā)，最終形成泡沫鎳或泡沫鎳基合金，其中原材料鎳基合金中至少有一種易揮發(fā)合金元素，要求易揮發(fā)合金元素的蒸汽壓比鎳基合金中基體元素的蒸汽壓高(至少在同一溫度下高三個(gè)數(shù)量級(jí))，且能夠與基體合金元素形成均勻的合金或固溶體。
[0007]本發(fā)明的基本原理是利用鎳合金中某一種或一種以上易揮發(fā)合金元素(造孔元素)在特定的溫度區(qū)間相對(duì)較高的蒸汽壓，在真空環(huán)境中逐漸揮發(fā)，最終形成泡沫鎳或泡沫鎳基合金。根據(jù)以上原理，原材料鎳基合金中易揮發(fā)合金元素的原子百分比控制在20%-80%之間以形成不同的孔隙率，所述易揮發(fā)合金元素為具有較高蒸汽壓的錳、鋅、鎘、鉍、鋇、鈣、銪、鋰、硒、鎂、鍶、銻、碲、鉈、鐿，優(yōu)選錳元素作為鎳基合金的造孔元素，錳含量優(yōu)選30at.% -70at.%，利用錳元素較高的蒸汽壓，形成泡沫鎳或泡沫鎳基合金。
[0008]本發(fā)明所述原始鎳基合金可以采用熔煉或粉末冶金等方法制備，表面拋光去氧化皮，根據(jù)不同鎳基合金的熔點(diǎn)和相應(yīng)造孔元素蒸汽壓和溫度之間的關(guān)系，在200°C -1200°C溫度區(qū)間持續(xù)高真空處理，真空度控制在1Pa以下，將其中具有較高的蒸汽壓的錳、鋅、鎘、鎂等合金脫出，獲得三維泡沫鎳或泡沫鎳基合金。
[0009]采用本發(fā)明所述方法制備的泡沫鎳或泡沫鎳基合金，其孔徑分布為0.1-100微米。
[0010]可以通過表面離子鍍、噴涂等表面處理方法在普通合金表面制備以上所述的合金層，通過本工藝獲得表面多孔的梯度材料。也可以采用本發(fā)明處理工藝將粒度大于10微米以上的合金粉末制備成多孔合金粉末或球體。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012](I)、真空熱處理工藝成熟，可以進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)，不僅可以制備大尺寸塊體，還特別適合制備超薄鎳合金箔片或球體。
[0013](2)、采用本發(fā)明方法制備的三維泡沫鎳或泡沫鎳基合金具有通孔結(jié)構(gòu)，孔隙率可以根據(jù)合金比例調(diào)節(jié)。
[0014](3)、本發(fā)明制備的泡沫鎳或泡沫鎳基合金，可以用于分離、過濾、催化、消音、吸震、屏蔽、熱交換等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0015]圖1實(shí)施例4獲得的三維多孔泡沫鎳基合金圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0017]如無特殊說明，本實(shí)施例中所有百分?jǐn)?shù)均表示原子百分比。
[0018]實(shí)施例1
[0019]采用自制鎳鐵錳合金(含錳60%，鐵15% )制備成1X 1X Imm小片，懸掛在實(shí)驗(yàn)室小型真空熱處理爐內(nèi)，在900°C保溫持續(xù)高真空3小時(shí)，真空度維持在1Pa以下，獲得三維多孔鎳鐵合金(泡沫鎳鐵合金)，孔徑分布為1-5微米，孔隙率為50%左右。
[0020]實(shí)施例2
[0021]采用自制鎳鋁鎘鎂合金(含30%鎂、20%鎘、10%鋁)，制備10X10X0.5mm小片，懸掛在實(shí)驗(yàn)室小型真空熱處理爐內(nèi)，在500°C保溫持續(xù)高真空2小時(shí)，真空度維持在6Pa以下，獲得三維多孔鎳鋁合金(泡沫鎳鋁合金)，孔徑分布為2-8微米，孔隙率為40%左右。
[0022]實(shí)施例3
[0023]采用自制鎳銅鋅合金(含40%鋅、20%銅)，制備成10X10X0.5mm薄片，砂紙磨光到0.3_厚，懸掛在實(shí)驗(yàn)室小型真空熱處理爐內(nèi)，在700°C保溫I小時(shí)，真空度維持在1Pa以下，獲得三維多孔鎳銅合金(泡沫鎳銅合金)，孔徑分布為2-15微米，孔隙率為30%左右。
[0024]實(shí)施例4
[0025]采用自制鎳猛合金(含70%猛)，線切割成1X 15 X Imm薄片,砂紙磨光到0.8mm厚，懸掛在實(shí)驗(yàn)室小型真空熱處理爐內(nèi)，在900°C保溫I小時(shí)，真空度維持在1Pa以下，獲得三維多孔純鎳(泡沫鎳，其掃描電鏡圖見圖1)。
[0026]上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備方法，其特征在于:在真空環(huán)境中，將鎳基合金中的易揮發(fā)合金元素逐漸揮發(fā)，最終形成泡沫鎳或泡沫鎳基合金，其中原材料鎳基合金中至少有一種易揮發(fā)合金元素，要求易揮發(fā)合金元素的蒸汽壓比鎳基合金中基體元素的蒸汽壓高，且能夠與基體合金元素形成均勻的合金或固溶體。2.按照權(quán)利要求1所述泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備方法，其特征在于:原材料鎳基合金中易揮發(fā)合金元素的原子百分比控制在20% -80%之間。3.按照權(quán)利要求1所述泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備方法，其特征在于:所述易揮發(fā)合金元素為錳、鋅、鎘、鉍、鋇、鈣、銪、鋰、硒、鎂、鍶、銻、碲、鉈、鐿之一種或多種。4.按照權(quán)利要求3所述泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備方法，其特征在于:所述易揮發(fā)合金元素為錳，其含量為30at.% -70at.%。5.按照權(quán)利要求1?4任一所述泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備方法，其特征在于:鎳基合金中易揮發(fā)合金元素在200°C -1200°C溫度區(qū)間以及持續(xù)高真空度的條件下?lián)]發(fā)。6.一種按照權(quán)利要求1所述方法制備的泡沫鎳或泡沫鎳基合金，其特征在于:所述泡沫鎳或泡沫鎳基合金的孔徑分布為0.1-100微米。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種制備具有三維通孔結(jié)構(gòu)的泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備工藝，其特征在于：在真空環(huán)境中，將鎳基合金中的易揮發(fā)合金元素逐漸揮發(fā)，最終形成泡沫鎳或泡沫鎳基合金，其中原材料鎳基合金中至少有一種易揮發(fā)合金元素，要求易揮發(fā)合金元素的蒸汽壓比鎳基合金中基體元素的蒸汽壓高，且能夠與基體合金元素形成均勻的合金或固溶體。該工藝方法簡單，適合規(guī)?；a(chǎn)，所得產(chǎn)品孔隙率可調(diào)節(jié)，可以用于分離、過濾、布?xì)?、催化、消音、吸震、屏蔽、熱交換等領(lǐng)域。
【IPC分類】C22C3/00, C22C19/03, C22C1/08
【公開號(hào)】CN105018771
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410181448
【發(fā)明人】任伊賓, 佟敏, 肖克沈, 楊柯, 何毅
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院金屬研究所
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2014年4月30日