CN103627920B - 一种多孔镍的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种多孔镍的生产方法，其特征在于：将纯镍、纯锌按指定成分在坩埚中熔化，获得镍锌合金熔体，调整熔体温度至950~1000℃，在铜模中浇注，然后对所获得的镍锌合金进行真空蒸发，所得材料即为多孔镍材料。该方法具有工艺简单、对环境污染小、孔隙尺寸及孔隙率可调等优点。
Description
技术领域
本发明属于多孔金属材料领域，具体而言属于采用合金选择蒸发技术制备多孔镍材料的方法。
技术背景
多孔金属因其强度高、孔径形态和大小可调、吸能等优点在化工、汽车、航空等领域日益受到关注，近年来多孔金属在催化领域的研究正逐渐兴起。鉴于高流速催化的特点，选用的催化材料应具备以下特征：单位体积的活性物质含量高；纯度高、表面污染小、比表面积大；有一定强度来抵抗流体的冲击；对被催化流体的阻力小。通常由碳、陶瓷、不锈钢等非活性物质负载的催化材料不能同时满足以上要求。另外，为了使材料的强度和流体透过能力都得到保证，催化材料的孔隙率也需要能有效控制。
多孔镍，又称泡沫镍、海绵镍，拥有很大的比表面积，相对密度为0.2~0.3，约为水的1/4，木材的1/3，铝的1/10，铁的1/30，该材料导热性很强，其多孔结构有宽频率的吸声特点，同时具有良好过滤的作用以及超强的气体、流体流动稳定性；目前，制备金属多孔催化材料的方法主要包括粉末烧结法、电沉积法、熔体发泡法、放电等离子烧结法等，通常，粉末烧结多孔金属材料的孔隙度较低，最高只能达到40%，且孔的连通性较差，很难满足催化应用要求；松装烧结所得的多孔金属材料可以达到40%～60%的孔隙率，但材料中孔的均匀性及孔径很难控制，导致样品间的一致性差；电沉积法可制备出孔率达90%以上的通孔泡沫金属，但其比表面积小(一般在10m2/g以下)，添加造孔剂烧结法的孔隙特征主要取决于所用造孔剂的尺寸和形貌，而孔隙率则通过加入造孔剂的含量来调控，但存在造孔剂脱除不充分等问题；熔体发泡法所制备的泡沫金属中材料纯度较低，且存在大量闭孔，放电等离子烧结可制备出宏观组织比较均匀的、孔隙率在70%以上的多孔镍块体材料，但该方法设备要求高、工艺过程比较复杂。
综合目前多孔镍的主要制备方法存在的主要问题，迫切需要开发一种新型制备方法，以简化制备工艺，实现对孔隙尺寸及孔隙率的有效控制，并减少对环境的污染。
发明内容
本发明提出一种多孔镍的生产方法，其原理是：由纯镍、纯锌原料按一定的成分配制镍锌合金并冷却方式控制镍锌合金的组织形态，然后利用锌沸点低的特性在真空条件下对镍锌合金进行蒸发，从而获得多孔镍材料。
本发明提出的一种多孔镍生产方法，其特征在于：将纯镍、纯锌按指定成分在坩埚中熔化，获得镍锌合金熔体，调整熔体温度至950~1000℃，在铜模中浇注，然后对所获得的镍锌合金进行真空蒸发，所得材料即为多孔镍材料。
所述的指定成分是指，纯镍、纯锌按质量比2:1~3:2组成镍锌合金。
所述的在坩埚中熔化是指，将在200~300℃保温0.5~1.0h的纯镍、纯锌按纯锌在下、纯镍在上的方式加入到预热至700~750℃的坩埚中，然后升温到1000~1050℃，直至纯镍完全熔化。
所述的在铜模中浇注是指，在经250~300℃预热30~50 min的纯铜模具中浇注镍锌合金，铜模的型腔有效部分为板式，板式型腔的尺寸为长×宽×高=50~200mm×50~200mm×5~10mm，模具壁厚最小处不小于20mm。
所述的真空蒸发是指，将镍锌合金加热到800~850℃，在真空度1~5×10-2Pa下保持20~30min。
本发明提出的生产多孔镍的方法，具有工艺简单，对环境污染小，孔隙尺寸及孔隙量可调等优点。
附图说明
图1 多孔镍材料的SEM照片；
图2 多孔镍材料的EDS能谱分析结果。
具体实施例
本发明可以根据以下实例实施，但不限于以下实例；在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义；应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围；在以下的实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
实施例1
本实施例具体实施一种多孔镍的生产方法，其特征在于：将纯镍、纯锌按质量比3:2在坩埚中熔化，将在200保温1.0h的纯镍、纯锌按纯锌在下、纯镍在上的方式加入到预热至700℃的坩埚中，然后升温到1000℃，直至纯镍完全熔化，获得镍锌合金熔体，调整熔体温度至950℃，在经300℃预热30 min的纯铜模具中浇注镍锌合金，铜模的型腔有效部分为板式，板式型腔的尺寸为长×宽×高=200mm×200mm×10mm，模具壁厚最小处不小于20mm，然后对所获得的镍锌合金进行真空蒸发，将镍锌合金加热到800℃，在真空度5×10-2Pa下保持30min，所得材料即为多孔镍材料。
图1为采用本发明方法制备的多孔镍材料的SEM照片，图2为多孔镍材料的EDS能谱分析结果，从图中可以看出，所得到的材料为纯镍，孔隙分布均匀，孔隙平均尺寸为5μm，经检测，所获得材料的孔隙率为72%。
实施例2
本实施例具体实施一种多孔镍的生产方法，其特征在于：将纯镍、纯锌按质量比5:3在坩埚中熔化，将在300℃保温0.5h的纯镍、纯锌按纯锌在下、纯镍在上的方式加入到预热至750℃的坩埚中，然后升温到1020℃，直至纯镍完全熔化，获得镍锌合金熔体，调整熔体温度至980℃，在经250℃预热50 min的纯铜模具中浇注镍锌合金，铜模的型腔有效部分为板式，板式型腔的尺寸为长×宽×高=50mm×50mm×5mm，模具壁厚最小处不小于20mm，然后对所获得的镍锌合金进行真空蒸发，将镍锌合金加热到830℃，在真空度2×10-2Pa下保持25min，所得材料即为多孔镍材料。
SEM照片、EDS能谱分析结果与实施例1类似，经检测，所获得材料的孔隙率为65%。
实施例3
本实施例具体实施一种多孔镍的生产方法，其特征在于：将纯镍、纯锌按质量比5:3在坩埚中熔化，将在260℃保温0.7h的纯镍、纯锌按纯锌在下、纯镍在上的方式加入到预热至730℃的坩埚中，然后升温到1020℃，直至纯镍完全熔化，获得镍锌合金熔体，调整熔体温度至980℃，在经280℃预热40 min的纯铜模具中浇注镍锌合金，铜模的型腔有效部分为板式，板式型腔的尺寸为长×宽×高=100mm×100mm×8mm，模具壁厚最小处不小于20mm，然后对所获得的镍锌合金进行真空蒸发，将镍锌合金加热到850℃，在真空度1×10-2Pa下保持30min，所得材料即为多孔镍材料。
SEM照片、EDS能谱分析结果与实施例1类似，经检测，所获得材料的孔隙率为66%。
实施例4
本实施例具体实施一种多孔镍的生产方法，其特征在于：将纯镍、纯锌按质量比2:1在坩埚中熔化，将在250℃保温0.8h的纯镍、纯锌按纯锌在下、纯镍在上的方式加入到预热至720℃的坩埚中，然后升温到1050℃，直至纯镍完全熔化，获得镍锌合金熔体，调整熔体温度至1000℃，在经280℃预热40 min的纯铜模具中浇注镍锌合金，铜模的型腔有效部分为板式，板式型腔的尺寸为长×宽×高=100mm×100mm×5mm，模具壁厚最小处不小于20mm，然后对所获得的镍锌合金进行真空蒸发，将镍锌合金加热到850℃，在真空度2×10-2Pa下保持25min，所得材料即为多孔镍材料。
SEM照片、EDS能谱分析结果与实施例1类似，经检测，所获得材料的孔隙率为60%。
Claims (3)
1.一种多孔镍生产方法，其特征在于：将纯镍、纯锌按指定成分在坩埚中熔化，获得镍锌合金熔体，调整熔体温度至950~1000℃，在铜模中浇注，然后对所获得的镍锌合金进行真空蒸发，所得材料即为多孔镍材料；
所述的指定成分是指，纯镍、纯锌按质量比2:1~3:2组成镍锌合金；所述的真空蒸发是指，将镍锌合金加热到800~850℃，在真空度1~5×10-2Pa下保持20~30min。
2.如权利要求1所述的一种多孔镍生产方法，其特征在于：所述的在坩埚中熔化是指，将在200~300℃保温0.5~1.0h的纯镍、纯锌按纯锌在下、纯镍在上的方式加入到预热至700~750℃的坩埚中，然后升温到1000~1050℃，直至纯镍完全熔化。
3.如权利要求1所述的一种多孔镍生产方法，其特征在于：所述的在铜模中浇注是指，在经250~300℃预热30~50 min的纯铜模具中浇注镍锌合金，铜模的型腔有效部分为板式，板式型腔的尺寸为长×宽×高=50~200mm×50~200mm×5~10mm，模具壁厚最小处不小于20mm。
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