一種泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于泡沫金屬材料領域，特別提供一種多孔鎳基合金的制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來金屬多孔材料的開發和應用日益受到人們的關注，金屬多孔材料(泡沫金屬)是由剛性骨架和內部的孔洞組成，具有優異的物理特性和良好的機械性能的新型工程材料，在20世紀80年代后期迅速發展起來。它具備的優異物理性能(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)使其應用領域已擴展到航空、電子、醫用材料及生物化學等領域。而且帶有通孔的金屬多孔材料還具有換熱散熱能力強、滲透性好、熱導率高等優點。
[0003]多孔鎳或泡沫鎳目前已經廣泛應用于電池電極材料、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域。采用多孔的基體泡沫塑料，通過化學鍍鎳、真空鍍鎳等方法制備導電層，經預鍍鎳后在硫酸鹽鍍鎳電解液中電鍍厚鎳，然后經灼燒、還原、退火工序便可得到性能優良的三維網狀泡沫鎳材料。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一般都是在金屬材料表層進行，難以制備大塊材料。本發明提供了一種大規模制備微米級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、機械、醫藥和環保等諸多領域的應用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種制備具有三維通孔結構的泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備工藝。
[0006]本發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:在真空環境中，將鎳基合金中的易揮發合金元素逐漸揮發，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合金元素，要求易揮發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數量級)，且能夠與基體合金元素形成均勻的合金或固溶體。
[0007]本發明的基本原理是利用鎳合金中某一種或一種以上易揮發合金元素(造孔元素)在特定的溫度區間相對較高的蒸汽壓，在真空環境中逐漸揮發，最終形成泡沫鎳或泡沫鎳基合金。根據以上原理，原材料鎳基合金中易揮發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，優選錳元素作為鎳基合金的造孔元素，錳含量優選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，根據不同鎳基合金的熔點和相應造孔元素蒸汽壓和溫度之間的關系，在200°C -1200°C溫度區間持續高真空處理，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]本發明的優點在于:
[0012](I)、真空熱處理工藝成熟，可以進行規模化生產，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)、采用本發明方法制備的三維泡沫鎳或泡沫鎳基合金具有通孔結構，孔隙率可以根據合金比例調節。
[0014](3)、本發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、熱交換等領域。
【附圖說明】
[0015]圖1實施例4獲得的三維多孔泡沫鎳基合金圖片。
【具體實施方式】
[0016]以下實施例將對本發明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發明。
[0017]如無特殊說明，本實施例中所有百分數均表示原子百分比。
[0018]實施例1
[0019]采用自制鎳鐵錳合金(含錳60%，鐵15% )制備成1X 1X Imm小片，懸掛在實驗室小型真空熱處理爐內，在900°C保溫持續高真空3小時，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，懸掛在實驗室小型真空熱處理爐內，在500°C保溫持續高真空2小時，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，懸掛在實驗室小型真空熱處理爐內，在700°C保溫I小時，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，懸掛在實驗室小型真空熱處理爐內，在900°C保溫I小時，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]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備方法，其特征在于:在真空環境中，將鎳基合金中的易揮發合金元素逐漸揮發，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合金元素，要求易揮發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合金元素的原子百分比控制在20% -80%之間。3.按照權利要求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:所述易揮發合金元素為錳，其含量為30at.% -70at.%。5.按照權利要求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:鎳基合金中易揮發合金元素在200°C -1200°C溫度區間以及持續高真空度的條件下揮發。6.一種按照權利要求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】本發明的目的在于提供一種制備具有三維通孔結構的泡沫鎳或泡沫鎳基合金的制備工藝，其特征在于：在真空環境中，將鎳基合金中的易揮發合金元素逐漸揮發，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合金元素，要求易揮發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，適合規模化生產，所得產品孔隙率可調節，可以用于分離、過濾、布氣、催化、消音、吸震、屏蔽、熱交換等領域。
【IPC分類】C22C3/00, C22C19/03, C22C1/08
【公開號】CN105018771
【申請號】CN201410181448
【發明人】任伊賓, 佟敏, 肖克沈, 楊柯, 何毅
【申請人】中國科學院金屬研究所
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2014年4月30日