CN114453587B - 纳米多孔铜镍合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了纳米多孔铜镍合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、将铜镍锰粉混合均匀，得到混合粉末；步骤2、将步骤1得到的混合粉末压制成生坯；步骤3、将步骤2压制成的生坯放入真空/气氛炉中保温后随炉冷却，得到前驱体合金；步骤4、将步骤3得到的前驱体合金表面除杂后脱合金，随后先后用去离子水和酒精清洗试样，即得纳米多孔铜镍合金；本发明将铜镍锰粉按一定原子比混合均匀、压制成生坯、烧结得到前驱体合金，随后通过脱合金方法即得纳米多孔铜镍合金。本发明成本低，操作简单。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及纳米多孔铜镍合金的制备方法。
背景技术
近年来，纳米多孔贵金属由于具有较大的比表面积、高孔隙率及低密度等优点，在催化、传感、能源等各个领域都受到广泛关注。现有的纳米多孔贵金属制备方法相对简单，主要以脱合金法和模板法为主，但应用成本太高。纳米多孔铜除了具有纳米多孔贵金属的优点外，其高的导电导热性、相对低廉的价格被认为是纳米多孔贵金属的理想替代材料。当将塑性较好的铜脱合金成纳米多孔结构时，会降低它的力学性能，这个问题一直制约着纳米多孔铜的大规模应用。镍元素因为与铜的晶格参数比较相似，都是面心立方结构，在形成纳米多孔合金时与铜以固溶体形式存在，并不会很大程度上影响双连续的纳米级孔道韧带结构，且镍的价格比较低，因此亟需制备一种纳米多孔铜镍合金来改善纳米多孔铜的性能。由于镍的标准电极电位略低于氢，在与镍有关的合金脱合金时一般采用电化学脱合金，化学腐蚀会将镍腐蚀掉，达不到合金化的目的，且方法复杂，成本高，效率低。
发明内容
本发明的目的是提供纳米多孔铜镍合金的制备方法，解决了现有方法制备纳米多孔铜镍合金时，化学腐蚀将镍腐蚀掉，达不到合金化的问题。
本发明所采用的技术方案是，纳米多孔铜镍合金的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将铜镍锰粉混合均匀，得到混合粉末；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末压制成生坯；
步骤3、将步骤2压制成的生坯放入真空/气氛炉中保温后随炉冷却，得到前驱体合金；
步骤4、将步骤3得到的前驱体合金表面除杂后脱合金，随后先后用去离子水和酒精清洗试样，即得纳米多孔铜镍合金。
本发明的特点还在于：
步骤1混合时，铜镍锰粉按照原子比CuxNixMn1-2x(15％＜x＜25％)；
步骤2中压制时的压力为8-12MPa。
步骤3中在真空或氩气的保护下以800-900℃保温4h后随炉冷却。
步骤4脱合金时，将表面除杂后的前驱体合金放入含0.01-0.1mol/L Ni2+的酸性腐蚀液中，酸性腐蚀液浓度为0.1-0.5mol/L，并置于70℃恒温水浴脱合金，直至无气泡产生。
步骤4中Ni2+的腐蚀液中的Ni2+通过向腐蚀液中加入镍单质或加入镍盐获得。
本发明的有益效果是，本发明纳米多孔铜镍合金的制备方法，使用镍盐或镍单质在腐蚀溶液中产生Ni2+，既可动态的调整腐蚀过程中的离子浓度，还降低Ni在腐蚀溶液中的溶解度，极大地减少了前驱体合金中Ni元素的腐蚀。
附图说明
图1是本发明实施例4制备的纳米多孔铜镍合金扫描图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明纳米多孔铜镍合金的制备方法，将铜镍锰粉末混合均匀，然后压制成生坯，经过烧结、脱合金后得到纳米多孔铜镍合金；具体按照以下步骤实施：
步骤1、将铜镍锰粉混合均匀，得到混合粉末；混合时，铜镍锰粉按照原子比CuxNixMn1-2x(15％＜x＜25％)；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末压制成生坯；压制时的压力为8-12MPa；
步骤3、将步骤2压制成的生坯放入真空/气氛炉中，在真空或氩气的保护下以800-900℃保温4h后随炉冷却，得到前驱体合金；
步骤4、将步骤3得到的前驱体合金表面除杂后脱合金，随后先后用去离子水和酒精清洗试样，即得纳米多孔铜镍合金。
脱合金时，将表面除杂后的前驱体合金放入含0.01-0.1mol/L Ni2+的酸性腐蚀液中，酸性腐蚀液浓度为0.1-0.5mol/L，并置于70℃恒温水浴脱合金，直至无气泡产生，Ni2+的酸性腐蚀液中的Ni2+通过向腐蚀液中加入镍单质或加入镍盐获得。
实施例1
步骤1、将铜镍锰粉以20:20:60的原子比混合均匀；
步骤2、将混合粉末压制成生坯；压制时的压力为8MPa。
步骤3、将压制的生坯放入气氛炉中，在氩气的保护下以800℃保温4h后随炉冷却，得到前驱体合金。
步骤4、将前驱体合金表面除杂后，放入含有0.05mol/LNiSO4的0.4mol/L H2SO4(250ml)溶液中以70℃恒温水浴脱合金，直至无气泡产生，将脱合金的试样先后用去离子水和酒精分别清洗，即得纳米多孔铜镍合金。
将实施例1得到的纳米多孔铜镍合金在扫描下观察发现，Ni元素含量为22.10at.％。
实施例2
步骤1、将铜镍锰粉以25:25:50的原子比混合均匀；
步骤2、将混合粉末压制成生坯；压制时的压力为9MPa。
步骤3、将压制的生坯放入气氛炉中，在氩气的保护下以900℃保温4h后随炉冷却，得到前驱体合金。
步骤4、将前驱体合金表面除杂后，放入含有5gNi块的0.3mol/L HCl(250ml)溶液中以70℃恒温水浴脱合金，直至无气泡产生。
步骤5，最后将脱合金的试样先后用去离子水和酒精分别清洗，即得纳米多孔铜镍合金。
将实施例2得到的纳米多孔铜镍合金在扫描下观察发现，Ni元素含量为25.10at.％。
实施例3
步骤1、将铜镍锰粉以15:15:70的原子比混合均匀；
步骤2、将混合粉末压制成生坯；压制时的压力为10MPa。
步骤3、将压制的生坯放入真空炉中以830℃保温4h后随炉冷却，得到前驱体合金。
步骤4、将前驱体合金表面除杂后，放入含有0.1mol/LNiCl2的0.5mol/L HCl(250ml)溶液中以70℃恒温水浴脱合金，直至无气泡产生。最后将脱合金的试样先后用去离子水和酒精分别清洗，即得纳米多孔铜镍合金。
将实施例3得到的纳米多孔铜镍合金在扫描下观察发现，Ni元素含量为23.43at.％。
实施例4
步骤1、将铜镍锰粉以20:20:60的原子比混合均匀；
步骤2、将混合粉末压制成生坯；压制时的压力为11MPa。
步骤3、将压制的生坯放入真空炉中以870℃保温4h后随炉冷却，得到前驱体合金。
步骤4、将前驱体合金表面除杂后，放入含有0.55g镍粉的0.1mol/L H2SO4(250ml)溶液中以70℃恒温水浴脱合金，直至无气泡产生，最后将脱合金的试样先后用去离子水和酒精分别清洗，即得纳米多孔铜镍合金。
实施例4得到的纳米多孔铜镍合金的微观形貌如图1所示，三维双连续纳米多孔结构明显且均匀，Ni元素含量为24at.％。
实施例5
步骤1、将铜镍锰粉以25:25:50的原子比混合均匀；
步骤2、将混合粉末压制成生坯；压制时的压力为12MPa。
步骤3、将压制的生坯放入气氛炉中，在氩气的保护下以820℃保温4h后随炉冷却，得到前驱体合金。
步骤4、将前驱体合金表面除杂后，放入含有3gNi板的0.2mol/L HCl(250ml)溶液中以70℃恒温水浴脱合金，直至无气泡产生。
步骤5，最后将脱合金的试样先后用去离子水和酒精分别清洗，即得纳米多孔铜镍合金。
将实施例5得到的纳米多孔铜镍合金在扫描下观察发现，Ni元素含量为25.3at.％。
本发明实施例中制备的纳米多孔铜镍合金，试样微观形貌变化不大，但是试样的宏观完整性得到保证，Ni元素原子比大幅提升，同时Ni元素含量在24at.％左右。
本发明提供纳米多孔铜镍合金的制备方法，通过向溶液中引入Ni2+降低Ni在腐蚀溶液中的溶解度抑制前驱体合金中镍元素的腐蚀，改进了镍元素易被腐蚀掉的缺陷，从而直接制备出纳米多孔铜镍合金。
Claims (2)
1.纳米多孔铜镍合金的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、将铜镍锰粉混合均匀，得到混合粉末；
步骤2、将步骤1得到的混合粉末压制成生坯；
步骤3、将步骤2压制成的生坯放入真空或气氛炉中保温后随炉冷却，得到前驱体合金；
步骤4、将步骤3得到的前驱体合金表面除杂后脱合金，随后先后用去离子水和酒精清洗试样，即得纳米多孔铜镍合金；
所述步骤1混合时，铜镍锰粉按照原子比CuxNixMn1-2x（20%≤x≤25%）；
所述步骤2中压制时的压力为8-12Mpa；
所述步骤3中在真空或氩气的保护下以800-900℃保温4h后随炉冷却；
所述步骤4脱合金时，将表面除杂后的前驱体合金放入含0.01-0.1mol/L Ni2+的酸性腐蚀液中，酸性腐蚀液浓度为0.1-0.5mol/L，并置于70℃恒温水浴脱合金，直至无气泡产生。
2.根据权利要求1所述的纳米多孔铜镍合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中Ni2+的腐蚀液中的Ni2+通过向腐蚀液中加入镍单质或加入镍盐获得。
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