CN103774184B - 一种多孔钨的电解制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到多孔金属钨的制备技术，提供了一种多孔钨的电解制备方法，属于金属多孔钨材料制备领域。通过对钨块进行前处理，采用电化学方法对钨块进行电解处理，得到失重量较为合适及分布均匀的孔，提高多孔钨的比表面积。该工艺操作方便，设备简单，易于实现，可以较为方便地对工艺因素条件进行调整，控制多孔钨材料的比表面积，并能够较好地控制多孔钨的孔分布的均匀性和深度。

Description

一种多孔钨的电解制备方法

技术领域

本发明涉及到多孔金属的制备，尤其提供了一种多孔钨的电解制备方法，属于多孔金属钨材料制备领域。

背景技术

金属钨的熔点高达3420℃，是所有金属中熔点最高，蒸汽压最低的一种金属，是元素周期表的所有金属中最难熔的一种，因此金属钨非常适合应用于多孔陶瓷因脆性而不能胜任的高温场合以及其它一些特殊要求的场合，尤其是其多孔体或作为多孔基体制作的各种元器件在航空航天、电力电子及冶金工业等领域均有广泛的应用，如用于高电流密度的多孔阴极，离子发动机中充入电子发射材料的发射体，汞离子火箭发动机中汞汽液分离的汽化器，射线束靶材，高温流体过滤器等。因此，多孔钨的研究越来越受到国内外研究者的重视。目前，人们常常采用传统烧结法、反应烧结法以及有机基体浸浆干燥烧结法制备多孔钨。但是采用这些方法仍然存在着一些缺点。采用传统烧结法需要很高的加热温度，得到的孔隙率很低，孔分布不均匀；采用反应烧结法，加热温度较低，硬度分布均匀，但是样品的孔隙率很低；采用有机基体浸浆干燥烧结法制备工艺、操作方便设备简单，但是加热温度较高，生产效率较低。这就迫切需要一种新的操作方便，设备简单，易于实现，并且能够得到较好的孔分布的工艺方法。电解就是一种很好的方法。电解是利用金属在熔盐或水溶液等电解液中受到电化学的作用即电化学阳极溶解来制备金属材料的一种常用方法，采用交流电源和直流电源均能进行电解。电解技术可以应用到多孔钨等多孔金属的制备中。

发明内容

该发明的目的在于解决目前多孔钨制备技术中的不足，提供一种采用电化学的方法制备多孔钨的工艺。该工艺操作方便，设备简单，易于实现，可以较为方便地进行工艺条件的调整，得到较为合适的失重量，并可以较好地控制孔的均匀性，控制多孔钨的表面积。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明采用电解方法制备多孔钨的工艺为：

1）钨块前处理：用1000#砂纸对其进行打磨至表面光洁，在超声波中采用无水乙醇对其在28KHz频率下震荡清洗5-10min，用蒸馏水清洗后，自然风干；

2）电解液制备：在质量分数为5%-15%的NaOH溶液中添加一定量的添加剂制成电解液；

3）钨块电解处理：在步骤2所述电解液中，以钨块作为阳极，石墨作为阴极，在50-80℃下进行电解处理，制备出多孔钨。

其中，

步骤2）中所述的添加剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的至少一种，配制好的电解液中添加剂的质量浓度为0.2%-0.8%。

步骤3）中所述的电解处理过程中，施加的电流密度为200-600mA/cm²，电解处理时间为20-140min。

本发明的有益效果：

本发明采用电解的方法制备金属钨，并通过在电解液中加入添加剂有效的控制钨的面积的增加，形成多孔钨的结构，并最终使得钨块的失重量达到15%-30%，比表面积较未加入添加剂时提高10%-40%。

本发明解决了在多孔钨的制备中存在的生产效率较低的问题，本发明通过在电解液中加入添加剂，较好地对金属钨进行电解，使之得到较为合适的失重量，并为保证孔的均匀性，增大钨的表面积创造了条件。与传统的工艺相比较，该工艺不需要采用高温加热，工艺更为简单，设备简单，操作方便，各种工艺因素便于控制与调整。

附图说明

图1(a)为金属钨在添加六偏磷酸钠的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图1(b)为金属钨在添加六偏磷酸钠的NaOH溶液中的极化曲线图。

图2(a)为金属钨在添加六偏磷酸钠和聚乙二醇的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图2(b)为金属钨在添加六偏磷酸钠和聚乙二醇的NaOH溶液中的极化曲线图。

图3(a)为金属钨在添加六偏磷酸钠和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图3(b)为金属钨在添加六偏磷酸钠和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的极化曲线图。

图4(a)为金属钨在添加聚乙二醇和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图4(b)为金属钨在添加聚乙二醇和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的极化曲线图。

图5(a)为金属钨在添加六偏磷酸钠、聚乙二醇和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图5(b)为金属钨在添加六偏磷酸钠、聚乙二醇和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的极化曲线图。

图6所示为实施例1-5中比表面积的提高示意图。

具体实施方法

下面结合实施例将本发明的技术方案进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

采用1000#砂纸对钨块进行打磨至表面光洁。采用无水乙醇对其在28KHz频率下超声波震荡清洗5-10min，用蒸馏水清洗后，自然风干，然后进行电解。电解的条件是：温度为80℃，电流密度为350mA/cm²，时间为60min，电解液为添加0.5%的六偏磷酸钠的、质量分数10%的NaOH溶液。所得到的钨的失重量为25%，得到的比表面积较未加入添加剂时提高16%。图1(a)所示为金属钨在添加六偏磷酸钠的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图1(b)所示为金属钨在添加六偏磷酸钠的NaOH溶液中的极化曲线图。

实施例2：

采用1000#砂纸对钨块进行打磨至表面光洁。采用无水乙醇对其在28KHz频率下超声波震荡清洗5-10min，用蒸馏水清洗后，自然风干，然后进行电解。电解的条件是：温度为70℃,电流密度为300mA/cm²，时间为80min，电解液为添加了0.3%的六偏磷酸钠+0.2%的聚乙二醇、质量分数为9%的NaOH溶液。所得到的钨的失重量为24%，得到的比表面积较未加入添加剂时提高19%。图2(a)所示为金属钨在添加六偏磷酸钠和聚乙二醇的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图2(b)所示为金属钨在添加六偏磷酸钠和聚乙二醇的NaOH溶液中的极化曲线图。

实施例3：

采用1000#砂纸对钨块进行打磨至表面光洁。采用无水乙醇对其在28KHz频率下超声波震荡清洗5-10min，用蒸馏水清洗后，自然风干，然后进行电解。电解的条件是：温度为65℃，电流密度为300mA/cm²，时间为70min，电解液为添加了0.4%的六偏磷酸钠+0.2%的聚丙烯酰胺、质量分数为13%的NaOH溶液。所得到的钨的失重量为21%，得到的比表面积较未加入添加剂时提高20%。图3(a)所示为金属钨在添加六偏磷酸钠和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图3(b)所示为金属钨在添加六偏磷酸钠和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的极化曲线图。

实施例4：

采用1000#砂纸对钨块进行打磨至表面光洁。采用无水乙醇对其在28KHz频率下超声波震荡清洗5-10min，用蒸馏水清洗后，自然风干，然后进行电解。电解的条件是：温度为80℃，电流密度为400mA/cm²，时间为80min。电解液为添加了0.3%的聚乙二醇+0.3%的聚丙烯酰胺、质量分数为11%的NaOH溶液。所得到的钨的失重量为15%，得到的钨块的比表面积较未加入添加剂时提高30%。图4(a)所示为金属钨在添加聚乙二醇和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图4(b)所示为金属钨在添加聚乙二醇和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的极化曲线图。

实施例5：

采用1000#砂纸对钨块进行打磨至表面光洁。采用无水乙醇对其在28KHz频率下超声波震荡清洗5-10min，用蒸馏水清洗后，自然风干，然后进行电解。电解的条件是：温度为70℃，电流密度为350mA/cm²，时间为90min，电解液为添加了0.3%的六偏磷酸钠、0.2%的聚乙二醇和0.3%的聚丙烯酰胺、质量分数为11%的NaOH溶液。所得到的钨的失重量为13%，得到的钨块的比表面积较未加入添加剂时提高35%。图5(a)所示为金属钨在添加六偏磷酸钠、聚乙二醇和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的交流阻抗图谱，图5(b)所示为金属钨在添加六偏磷酸钠、聚乙二醇和聚丙烯酰胺的NaOH溶液中的极化曲线图。

Claims (1)

1.一种多孔钨的电解制备方法，其特征在于由以下步骤组成：

1)钨块前处理：用1000#砂纸对其进行打磨至表面光洁，在28KHz频率下的超声波中采用无水乙醇对其震荡清洗5-10min，用蒸馏水清洗后，自然风干；

2)电解液制备：在质量分数为5％-15％的NaOH溶液中添加一定量的添加剂制成电解液；

3)钨块电解处理：在电解液中，控制温度50-80℃范围内，采用以钨块作为阳极，以石墨作为阴极的电化学方法对钨块进行电解处理，制备出多孔钨；

所述的步骤2)中所述的添加剂为六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、多聚磷酸钠、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的至少一种，配制好的电解液中添加剂的质量浓度为0.2％-0.8％；

所述的步骤3)中所述的电解处理过程中，施加的电流密度为200-600mA/cm²，电解时间为20-140min。