泡沫金屬的介紹及制備

1、泡沫金屬的介紹及制備 目錄 1 引言 2. 電沉積法制泡沫鎳 3.固氣共晶凝固法 引言引言 泡沫金屬結(jié)構(gòu)泡沫金屬結(jié)構(gòu) 胞狀 結(jié)構(gòu) 三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 泡沫泡沫 金屬金屬 滲透性滲透性 過(guò)濾與 分離 消音降消音降 噪噪 阻抗消 音器 吸能減吸能減 震震 汽車(chē)減 震器 比表面比表面 積大積大 催化 導(dǎo)電、導(dǎo)電、 自支撐自支撐 能力能力多 孔電極 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 熱交換 器 泡沫金屬的用途泡沫金屬的用途 泡沫金屬泡沫金屬 將傳統(tǒng)的相變材料填充在泡沫金屬的胞中，導(dǎo)熱率顯 著的提高。 將泡沫材料與彈性或無(wú)機(jī)非金屬材料復(fù)合，形成復(fù)相 阻尼、結(jié)構(gòu)阻尼、粘彈性阻尼等阻尼多種機(jī)制的疊加。 結(jié)合非晶態(tài)和泡沫金屬的性能 制

2、備方法制備方法 電沉積法 原 理 聚氨酯泡沫塑料為基體預(yù)處理加導(dǎo)電層電化學(xué)沉積熱處理，去聚 合物多孔金屬 泡沫鎳(發(fā)泡鎳)是一種孔隙率高、比表面積大，質(zhì)輕，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 的金屬材料,可做為鎳-氫電池和鎳-鎘電池的電極基板,是二次電池的主要材料 之一。 步驟： 聚合物泡沫加導(dǎo)電層電沉積 移除聚合物 導(dǎo)電層制備 由于泡沫塑料不導(dǎo)電，不能直接進(jìn)行電沉積，必須在電沉積 前進(jìn)行導(dǎo)電預(yù)處理，在泡沫表面附著一層均勻的金屬層。 步驟：步驟： 粗化粗化利用化學(xué)法提高泡沫表面的微觀粗糙度和均勻性,使其表面由 疏水性變?yōu)橛H水性,以提高鍍層與基體的親和力。 化學(xué)除油化學(xué)除油 除去骨架內(nèi)外表面殘留的微量油污，增加其

3、親 水性 化學(xué)除 油 粗化敏化活化還原 為了在非導(dǎo)體的塑料表面上，建立起以貴金屬為核心的催化 中心準(zhǔn)備條件，以便在活化處理時(shí)把催化金屬還原出來(lái) 敏化敏化 敏化液敏化液 氯化亞錫、鹽酸氯化亞錫、鹽酸 反應(yīng)條件反應(yīng)條件 室溫，室溫，10min 反應(yīng)后反應(yīng)后 水洗，二價(jià)錫水解水洗，二價(jià)錫水解 在塑料表面形成薄層的堿 式氯化亞錫的凝聚膜 使塑料的表面建立起化學(xué)鍍時(shí)所需要的貴金 屬催化活性中心。 活化活化 用 甲醛作為還原劑是使銀離子能充分地還原成銀。浸 過(guò)銀活化液的塑料表面，在活化后可直接浸漬還原液。 還原還原 脈沖電沉積沉積鎳 化學(xué)鍍鎳是在鈀催化作用下,溶液中硫酸鎳與還原劑次亞磷酸 鈉發(fā)生氧化還原反

4、應(yīng)。泡沫模板經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍鎳后進(jìn)行電鍍加 厚。 硫酸鎳硫酸鎳250 g/L,氯化鎳氯化鎳40 g/L, 硼酸硼酸40 g/L,十二烷基硫酸鈉十二烷基硫酸鈉0.05 g/L 鍍鎳液鍍鎳液 反應(yīng)條件反應(yīng)條件 發(fā)生反應(yīng)發(fā)生反應(yīng) 電流效率的影響 電流效率是電極上通過(guò)單位電量時(shí)，某一反應(yīng)所形成之電流效率是電極上通過(guò)單位電量時(shí)，某一反應(yīng)所形成之 產(chǎn)物的實(shí)際質(zhì)量與電化當(dāng)量之比，即輸入電解池的電量產(chǎn)物的實(shí)際質(zhì)量與電化當(dāng)量之比，即輸入電解池的電量 中實(shí)際用于沉積金屬所占的百分?jǐn)?shù)。中實(shí)際用于沉積金屬所占的百分?jǐn)?shù)。 電流效率電流效率 難題難題 方案方案 在配置鍍液時(shí)所選用的添加劑或絡(luò)合劑應(yīng)盡量不參與陰極電極反應(yīng)， 同時(shí)

5、要?jiǎng)?chuàng)造條件，盡量使金屬離子析出時(shí)不析出或少析出氫氣。 鎳在陰極析出的電極反應(yīng)（M 代表陰極非惰性雜質(zhì)）： 方程式1越易進(jìn)行，方程式2、3進(jìn)行的越少，則陰極析出的 鎳越純，發(fā)泡鎳質(zhì)量越好，電流效率及設(shè)備效率也越高。 某一離子在陰極上開(kāi)始析出的難易，可以用平衡電位來(lái)判斷： 后處理 熱處理是連續(xù)化帶狀泡沫鎳生產(chǎn)中最后一道工序，其目的是去除有機(jī)物， 提高電鍍鎳層的柔韌性，分為先空氣燒除而后還原燒結(jié)兩步完成，還原氣 氛為氨分解氣氛，即氮、氫混合氣氛。還原溫度800度。爐溫不當(dāng)會(huì)出現(xiàn) “起拱”的現(xiàn)象。 泡沫鎳制備過(guò)程中各階段樣品基本上均保持了原泡沫模板的結(jié)構(gòu)形貌,呈3維網(wǎng)絡(luò) 狀均勻結(jié)構(gòu),組成泡沫鎳的絲縱橫

6、交錯(cuò)。 不同電流密度下沉積層的XRD圖譜 結(jié)果分析 結(jié)果分析 不同電流密度下鎳沉積層的磁滯回線 每條回線所圍面積均很小,損耗低 ,其剩磁、矯頑力幾乎為零,表現(xiàn)出 超順磁性。磁滯回線顯示的磁導(dǎo)率 與飽和磁化強(qiáng)度隨著晶粒尺寸的增 加而變大。這是因?yàn)榫ЯＦ骄?越小,存在于晶粒之間的晶界相對(duì)越 多,對(duì)磁疇壁移動(dòng)產(chǎn)生阻礙作用越大 ,磁導(dǎo)率越低。 固氣共晶凝固法固氣共晶凝固法 （GASARGASAR） 金屬氣體發(fā)生共晶反應(yīng)， 定向凝固，生成的圓柱型 氣孔定向排列于基體中。 氣孔壁光滑； 無(wú)氣孔分支現(xiàn)象； 氣孔分布短程有序； 孔徑10nm-10mm; 孔隙率10%-70%。 與傳統(tǒng)的方法制備的材料相 比

7、，具有小的應(yīng)力集中，高 的力學(xué)性能，良好的滲透能 力。 介紹介紹 GASAR Gasar原理原理 氣孔的大小、形貌、空間排列取決于熔體的氣體含量、氣壓、化 學(xué)成分、凝固速率和凝固方向。 通過(guò)不同的凝固條件制備的多孔結(jié)構(gòu) Gasar原理原理 GASAR凝固中氣泡形核機(jī)制凝固中氣泡形核機(jī)制 區(qū)域1 區(qū)域2 區(qū)域3 氣泡在凝固的金屬中 形成，但形核阻力大 氣泡在凝固界面處同固相同時(shí) 形成，氣泡定向排列于固相中 氣泡在液相中形成， 在熔體表面逸出 氣泡的可能位置 Gasar凝固的勻質(zhì)臨界形核狀態(tài)凝固的勻質(zhì)臨界形核狀態(tài) 氣泡半徑與體積吉布斯自由能的的變化 勻質(zhì)形核 Gasar凝固的勻質(zhì)臨界形核狀態(tài)凝固的

8、勻質(zhì)臨界形核狀態(tài) Gasar凝固的非均質(zhì)形核凝固的非均質(zhì)形核 平界面上異質(zhì)形核 平界面上異質(zhì)形核 Gasar凝固的非均質(zhì)形核凝固的非均質(zhì)形核 Gasar凝固的非均質(zhì)形核凝固的非均質(zhì)形核 圓錐形凹坑內(nèi)異質(zhì)形核 在氧化物夾雜的表面一般都存在很 多凹坑和裂紋。 當(dāng)圓錐形凹坑非常狹小時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生較大的附加壓力，氣泡很難形核； 當(dāng)圓錐形凹坑非常平坦時(shí)，氣泡與基 體的附著面小。 都 不能成為有效的異質(zhì)形核位置 胚胎體積與圓錐頂角的關(guān)系 胚胎氣泡體積越 小，越容易形核 三種形核機(jī)制對(duì)比 Gasar凝固的金屬凝固的金屬 - - 氣體共晶生長(zhǎng)區(qū)氣體共晶生長(zhǎng)區(qū) 共生生長(zhǎng)：兩相協(xié)同生長(zhǎng)，具有共同的生長(zhǎng)界面，依靠溶質(zhì)

9、原 子在界面處沿兩相的橫向交互擴(kuò)散，彼此為相鄰對(duì)方提供生長(zhǎng) 所需的組元使兩相等速前行，耦合生長(zhǎng)，形成共生共晶組織。 當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定的共生區(qū)內(nèi)，才能保障共生生長(zhǎng)的穩(wěn)定進(jìn)行。 這是獲得規(guī)則多孔結(jié)構(gòu)和均勻的大小分布的前提。 需要過(guò)冷 到一定溫 度 共生體兩組元熔點(diǎn)相 近，擴(kuò)散能力相近。 共生體兩組元熔點(diǎn) 相差很大，低熔點(diǎn) 組元生長(zhǎng)速度較快 。 Gasar凝固的金屬凝固的金屬 - - 氣體共晶生長(zhǎng)區(qū)氣體共晶生長(zhǎng)區(qū) Gasar是固-氣共生系統(tǒng)，共生兩相差別很大，使得二元相圖很不對(duì)稱(chēng)，同時(shí) 共晶點(diǎn)還受外界氣壓的影響，從而使共生區(qū)嚴(yán)重傾斜。所以，必須擴(kuò)大共生區(qū) ，提高共生區(qū)的對(duì)稱(chēng)性。 Gasar凝固的金屬凝

10、固的金屬 - - 氣體共晶生長(zhǎng)區(qū)氣體共晶生長(zhǎng)區(qū) 溫度梯度越大，共生區(qū)越大；外界氣壓越大，共生區(qū)越大。 高的溫度梯度降低金屬的枝晶生長(zhǎng)速度，從而使穩(wěn)定的共生區(qū)擴(kuò) 展。外界氣壓越大，飽和到熔體的氫氣越多，溶解度增加，抑制 了枝晶生長(zhǎng)。 冷卻速度不是越快越好，凝固時(shí)外界氣壓不是越大越好。冷 卻速度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致氣體在凝固時(shí)來(lái)不及析出，氣孔不能形 成；凝固時(shí)外界氣壓過(guò)高，熔體中的氫不易聚集形成氣孔。 參考文獻(xiàn) （1）Sarac.B;ketkaew.J.popnoe.DC;Schroers.J.Honeycomb Stucture of Bulk Metallic GlassesJ.advanced fu

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