CN115229186A - 孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，根据所需的平均孔径和孔隙率，计算确定镍或镍合金粉末和造孔剂的中值粒径、造孔剂所占的体积比；根据计算确定的造孔剂所占的体积比，镍或镍合金粉末和造孔剂按比例混合，压制成生坯后，再将生坯塑封后进行多次等静压处理，之后，再将处理后的生坯置于氩气气氛保护炉中，分阶段升温，烧制成多孔镍或镍合金。本发明的该制备方法得到的多孔材料，孔径大小、形状、以及孔隙率均可控，偏差小，提高了材料的精度，达到预期需求，且生产效率高，节约成本。

Description

孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法
技术领域
本发明涉及多孔镍或镍合金材料技术领域，具体而言涉及一种孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法。
背景技术
近年来，航空航天领域的快速发展，使得对电磁屏蔽材料、吸波材料的“轻质”化提出了越来越高的要求，因此具有复杂结构的多孔材料在电磁屏蔽方面的应用逐渐成为研究热点。
复杂多孔材料结构的引入可以进一步降低材料密度，多孔材料的相对密度降低，可提高材料的吸波/屏蔽的性能，促进轻质化发展；而且电磁波在多孔内部的多重散射/反射衰减，使进入材料的电磁波陷入“迷宫结构”结构以热量形式耗散，从而提升多孔材料对电磁波的吸收性能；随着高频电磁波应用发展，电磁波波长减小，多孔材料孔径随之减小，可形成较好的吸收作用，一般多孔孔隙需达到微米级别，会对电磁波有着更高效的屏蔽作用，但如果孔径的大小相差过大，也会减弱对特定波长的吸收屏蔽效果。常规用于电磁屏蔽的金属材料中，镍优于铁、铝等金属，同时镍具有高强度、耐热震、耐高温、可重复再生使用等特点，故而优先选用镍或镍合金多孔材料作为屏蔽/吸波材料。
多孔合金成型技术路线有很多，例如粉末冶金法、自蔓延燃烧法、发泡剂造孔法等。粉末冶金法是将发泡剂加入到金属粉末中，经过成型烧结，使发泡剂分解、蒸发或溶解而制得。
公开号为CN112548099A的中国专利文献公开了一种碳酸氢铵作造孔剂制备近球型孔隙多孔合金的方法，在常规粉末冶金的基础上，首先通过对碳酸氢铵造孔颗粒进行预先筛分、球化造粒、再次筛分和低温干燥等处理，实现对碳酸氢铵颗粒形状的近球型控制；然后将处理的干燥近球型碳酸氢铵颗粒和合金粉末在密封瓶中短时间混合，将混合粉末在合适压力下冷压制成生胚；最后将生坯放入管式炉中进行烧结，得到多孔合金产物。该方法得到的多孔合金具有近球型均匀孔隙结构，但该方法得到的多孔镍及镍合金的平均孔径约500μm，不能满足小孔径的需求，且其处理过程并不能完全避免碳酸氢铵吸潮团聚，以及其他因素的影响，从而导致孔径的不可控，另外，该方法也不能预知材料的孔隙率。
在现阶段的实际应用中，大部分是通过经验或小样试验来确定造孔剂的添加量、尺寸，从而得到所需的孔隙参数，这种方法效率低，且由于实际过程中，还存在金属粉末等因素的影响，因此最终所得的多孔材料的孔隙参数并不可控，从而影响材料的性能，且无法预知材料的孔隙率，导致出现偏差，不能达到预期需求。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，该制备方法得到的多孔材料，孔径大小、形状、以及孔隙率均可控，偏差小，提高了材料的精度，达到预期需求，且生产效率高，节约成本。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，包括以下步骤：
基于球形镍或镍合金粉末-PMMA颗粒形成的二元系颗粒混合体系中，PMMA颗粒热分解后形成的空隙与粉末颗粒形成的堆积空隙效应以及颗粒粒径非连续分布，根据所需的平均孔径和孔隙率，计算确定镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒的中值粒径、造孔剂PMMA颗粒所占的体积比；
再根据计算确定的镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒的中值粒径，将相应粒径的镍或镍合金粉末、相应粒径的造孔剂PMMA颗粒均置于氩气气氛中烘干、保存备用；
根据计算确定的造孔剂PMMA颗粒所占的体积比，将处理后的镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒按比例混合，再添加一定比例的润滑剂，并混合均匀，得到混合粉末；
之后，将混合粉末压制成生坯后，再将生坯塑封后进行多次等静压处理，之后，再将处理后的生坯置于氩气气氛保护炉中，分阶段升温，烧制成多孔镍或镍合金。
优选的，PMMA颗粒所占的体积比满足如下公式：
VPMMA＝1.43G-0.22 (1)
PMMA颗粒的中值粒径满足如下公式：
D50PMMA＝(1～4)*D50镍或镍合金粉末 (2)
镍/镍合金粉末的中值粒径D50镍或镍合金粉末满足如下公式：
Figure BDA0003326406590000021
式中：D为目标孔径；G为目标孔隙率；D50镍或镍合金粉末为镍或镍合金粉末的中值粒径，
D50PMMA为PMMA颗粒的中值粒径；VPMMA为PMMA颗粒所占体积比。
优选的，造孔剂PMMA颗粒的球形度≥0.95。
优选的，生坯压制的压力为100-800MPa，保压时间为20-40min。
优选的，等静压处理的具体步骤为：第一次处理保持压力200Mpa，保压15分钟，间隔3min后，第二次处理保持压力400Mpa，间隔3min后，保压15分钟，第三次处理处理保持压力100Mpa，保压30分钟。
优选的，分段升温的工艺过程如下：首先，以2℃/min的升温速率升温至240℃，保温3min；之后，以2℃/min的升温速率升温至400℃，保温3min；最后，以5℃/min的升温速率升温至终温(0.6-0.8)T镍或镍合金粉末熔点，保温1h。
优选的，氩气气氛保护炉中，气氛保护方式为：先抽真空至10-3～10-2Pa，以5-20L/min氩气洗炉，如此反复2-3次，氩气以5-10L/min进行气氛保护烧结。
优选的，对于镍合金粉末，将不同种类的粉末进行球磨混合后再烘干，球料比为1：1～10：1，转速100r/min～800r/min。
优选的，镍或镍合金粉末烘干温度为80-120℃，烘干时间为2-4h，转移温度低于30℃；造孔剂的烘干温度为80-85℃，烘干时间为2-4h，转移温度低于30℃。
优选的，得到混合粉末的工艺参数为：转速3-15r/min，混料时间为0.1h-2h。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过特有的计算，首先在制备材料之前，根据预期的孔隙参数，确定镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒的粒度分布、体积占比，以及粒形等参数；其次选用PMMA颗粒作为造孔剂，并结合多次等静压处理，有效使生坯内部各颗粒间受力均一化，减少烧结软化时应力释放导致孔隙分布不均的情况，进一步保证了烧结过程中金属扩散和孔隙形成更为均匀；最后，在特定的分段烧结温度下，充分分解PMMA颗粒，形成较为稳定的孔隙，并在较高温度下有效进行金属粉末之间固相扩散连接，得到孔径大小、形状、以及孔隙率均可控的多孔镍或镍合金，且通过各步骤的协同作用，减小在制备过程中的偏差，提高精度，最终得到预期所需孔隙参数的多孔材料。
2、本发明采用PMMA颗粒作为造孔剂，避免了引入其他杂质，PMMA颗粒无毒无害，经过热分解后为气体，随着保护气氛排除，几乎无残留，免除了常规脱盐的处理，且PMMA颗粒稳定且球形度良好，也保证了孔隙参数的精度；而其加工工序的球磨、烘干、混料均能够使镍或镍合金粉末和PMMA颗粒混合均匀，避免镍或镍合金粉末或PMMA颗粒团聚造成多孔镍及镍合金孔径过大和孔径分布不均匀的情况，进一步保证了孔隙参数的精度。
3、本发明的制备方法工序简单，易于操作，且前期准备过程短，提高了生产效率，且简化的工艺流程，可以有效降低成本，便于工业化生产。
附图说明
图1是本发明的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法的工艺流程图。
图2是实施例中羰基镍粉粉末原始扫描形貌图。
图3是实施例中PMMA颗粒的粒度分布曲线。
图4是实施例中PMMA颗粒的粒形分布曲线。
图5是实施例中纯镍粉和纯钛粉原始扫描形貌。
图6是实施例1样品的SEM图。
图7是实施例1样品的孔径大小分布图。
图8是实施例2样品的SEM图。
图9是实施例2样品的孔径大小分布图。
图10是对比例样品的金相图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施。
目前，在制备多孔镍或镍合金时，是通过对造孔剂的粒度和量的控制分别来控制多孔材料的孔径和孔隙率，以达到目标孔隙参数，例如，如果想要得到目标孔隙率为60％，孔径为10μm的多孔镍合金，会直接选择中值粒径为10μm的造孔剂，造孔剂的体积占比为60％，或者根据实际情况，根据经验收缩量和目标孔径，计算得到造孔剂的中值粒径，而造孔剂的体积占比，则根据造孔剂的性质在60％左右细微变动，如果造孔剂是膨胀性质的，可选到50％，如果是正常液化，可选70％，这种选择多是以经验或者小样试验得到，具有不稳定性，且耗费时间；另一方面，上述选择方法中，皆都简化或者忽略了金属粉末的影响，但在实际过程中，金属粉末的接触后，在加热条件下收缩会导致孔径变小，且金属粉末之间，以及金属粉末与造孔剂的颗粒之间，皆会存在空隙，从而影响孔隙率和孔径，导致最终的多孔材料的孔隙参数与目标孔隙参数存在偏差，使得孔隙不可控，从而影响材料的性质。
鉴于此，有必要寻找一种方法，使得制备的多孔材料最终的孔隙可控。
本发明提供一种孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，在制备之前，先根据预期孔隙参数，计算确定金属粉末和造孔剂的各参数，再以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为造孔剂，结合等静压处理及特定的温控条件，得到具有预期孔隙参数的多孔镍或镍合金，且孔径较小，孔径均匀度高，精度高，孔隙参数可控。
在具体的实施例中，如图1所示，包括以下步骤：
基于球形镍或镍合金粉末-PMMA颗粒形成的二元系颗粒混合体系中，PMMA颗粒热分解后形成的空隙与粉末颗粒形成的堆积空隙效应以及颗粒粒径非连续分布，根据所需的平均孔径和孔隙率，计算确定镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒的中值粒径、造孔剂PMMA颗粒所占的体积比；
再根据计算确定的镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒的中值粒径，将相应粒径的镍或镍合金粉末、相应粒径的造孔剂PMMA颗粒均置于氩气气氛中烘干、保存备用；
根据计算确定的造孔剂PMMA颗粒所占的体积比，将处理后的镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒按比例混合，再添加一定比例的润滑剂，并混合均匀，得到混合粉末；
之后，将混合粉末压制成生坯后，再将生坯塑封后进行多次等静压处理，之后，再将处理后的生坯置于氩气气氛保护炉中，分阶段升温，烧制成多孔镍或镍合金。
在优选的实施例中，PMMA颗粒所占的体积比满足如下公式：
VPMMA＝1.43G-0.22 (1)
PMMA颗粒的中值粒径满足如下公式：
D50PMMA＝(1～4)*D50镍或镍合金粉末 (2)
镍/镍合金粉末的中值粒径D50镍或镍合金粉末满足如下公式：
Figure BDA0003326406590000051
式中：D为目标孔径；G为目标孔隙率；D50镍或镍合金粉末为镍或镍合金粉末的中值粒径，D50PMMA为PMMA颗粒的中值粒径；VPMMA为PMMA颗粒所占体积比。
在另一个优选的实施例中，造孔剂PMMA颗粒的球形度≥0.95。
在另外的一些优选的实施例中，生坯压制的压力为100-800MPa，保压时间为20-40min；
等静压处理的具体步骤为：第一次处理保持压力200Mpa，保压15分钟，间隔3min后，第二次处理保持压力400Mpa，间隔3min后，保压15分钟，第三次处理处理保持压力100Mpa，保压30分钟。
通过多次等静压工序，由于反复的施加压力、卸载压力的操作，施加压力的过程中镍或镍合金粉末和PMMA颗粒会产生一定量的弹性形变，卸载时会恢复，这个过程中粉镍或镍合金粉末与PMMA颗粒之间会产生微小的位移量，能够更好的消除干压过程中镍或镍合金粉末、PMMA颗粒与模具壁之间摩擦导致压制压力在压制方向上不同程度上压力损失残存在生坯中分布不均的压应力，从而可以均一化颗粒之间受力情况，使得局部生坯密度趋于一致化，减少烧结软化时应力释放导致孔径大小分布不均，使得烧结过程中金属扩散和孔径大小形成更为均匀，更好的控制烧结零件的精密度，同时，也可避免由于干压时内部受力不均导致各项收缩不一致的情况，使产品的不同区域均一化，减小产品尺寸收缩差异。
在其他一些优选的实施例中，分段升温的工艺过程如下：首先，以2℃/min的升温速率升温至240℃，保温30min；之后，以2℃/min的升温速率升温至400℃，保温30min；最后，以5℃/min的升温速率升温至终温(0.6-0.8)T镍合镍合金粉末熔点，保温1h。
氩气气氛保护炉中，气氛保护方式为：先抽真空至10-3～10-2Pa，以5-20L/min氩气洗炉，如此反复2-3次，氩气以5-10L/min进行气氛保护烧结。
在另一个优选的实施例中，对于镍合金粉末，因粉末种类为两种或两种以上，将不同种类的粉末进行球磨混合后再烘干，球料比为1：1～10：1，转速100r/min～800r/min，球磨以获得球形度较好且化学成分均匀的混合粉末，避免化学成分偏析。
镍或镍合金粉末烘干温度优选为80-120℃，烘干时间优选为2-4h，转移温度优选低于30℃；造孔剂的烘干温度优选为80-85℃，烘干时间优选为2-4h，转移温度优选低于30℃。如此，通过烘干，去除金属表面、PMMA颗粒表面吸附的水气，避免加热过程中水气蒸发膨胀造成金属熔塌现象，造成多孔镍合金孔隙过大。
在优选的实施例中，得到混合粉末的工艺参数为：转速3-15r/min，混料时间为0.1-2h，以获得混合均匀的混合粉末，避免由于混合不均匀造成均布PMMA颗粒偏聚形成过大的孔隙。
在本发明的实施例中，通过申请人的长期试验发现，镍或镍合金粉末和PMMA颗粒形成二元系颗粒混合体系，在混料机里长时间混料以达到两种材料混合均匀的效果，在外部压力的作用下形成镍或镍合金粉末之间、PMMA颗粒之间，以及镍或镍合金粉末与PMMA颗粒之间的紧密接触，形成材料晶体堆积方式中的“体心立方”、“面心立方”“密排六方”的类似方式。
三种堆积方式的致密度分别为0.74、0.68、0.74，取均值为0.72，孔隙度为0.28，堆积孔隙等效直径为堆积颗粒粒径的
Figure BDA0003326406590000061
和1/2倍，该堆积模型的前提为同一大小的颗粒，实际过程中颗粒一般呈连续分布，当镍或镍合金粉末与PMMA颗粒之间小于堆积孔径等效直径时，堆积形成的空隙会被一定比例(c)的小颗粒占据，c值与颗粒分散程度有着密切关系，堆积颗粒中的PMMA颗粒会随着加热分解消散，镍或镍合金粉末会逐渐扩散形成烧结颈，堆积形成的空隙和PMMA消散形成的空隙会有一定的收缩(s)，收缩量与温度有关，温度越高收缩量越大。
因此，最终孔径的形成主要来自两个部分的作用，其一，PMMA颗粒热分解后形成的空隙，其二，镍或镍合金粉末、PMMA颗粒形成的堆积空隙。
按照各粒径及其比例，计算孔径，即：
(0.28*(1-c)+VPMMA)*(1-s)＝G (4)
(P1*d堆积空隙等效直径+P2*d堆积颗粒粒径)*(1-s)＝D (5)
式中：c为堆积空隙被细分占据的比例；VPMMA为混料时PMMA颗粒所占体积比；s为行成烧结颈时的收缩量；G为目标空隙率；P1为由堆积空隙形成空隙的比例；P2为由PMMA热解空隙的比例；D为烧结后的孔径。
c为堆积空隙被细分占据的比例，一般为5-30％，s为行成烧结颈时的收缩量，一般为10-95％，甚至更高，与烧结温度、时间密切相关；因此，对于镍或镍合金粉末，根据实验数据及经验而言，c取值20％，s取值30％。
该假设基于晶体堆积模型，堆积所组成的颗粒尽可能的圆，球形度≥0.95，因此由公式(4)可得公式(1)：
VPMMA＝1.43G-0.22 (1)
堆积形成的空隙体积比为0.28*(1-c)，PMMA热解形成的空隙体积比为0.72*VPMMA，由此可知，
P1＝0.28*(1-c)/(0.28*(1-c)+0.72*VPMMA) (6)
P2＝0.72*VPMMA/(0.28*(1-c)+0.72*VPMMA) (7)
而
Figure BDA0003326406590000071
d堆积颗粒粒径＝D50PMMA*VPMMA+(1-VPMMA)*D50金属粉末(9)
式中：D50镍或镍合金粉末为镍或镍合金粉末的中值粒径，D50PMMA为PMMA颗粒的中值粒径即根据公式(5)(8)(9)可得公式(3)：
Figure BDA0003326406590000072
镍或镍合金粉末与PMMA颗粒尽可能的选择相近尺寸，若PMMA颗粒与镍或镍合金粉末直径相差过大，比值超过4，则易形成较大单一的孔隙，不满足该模型，因此得到公式(2)：
D50PMMA＝(1～4)*D50镍或镍合金粉末 (2)
应该理解为，上述参数的选择，根据粒度分布情况、烧结温度与实践情况可进行实际调整。
为了便于更好的理解，下面结合具体实例对本发明进行进一步说明，但加工工艺不限于此，且本发明内容不限于此。
【实施例1】
(1)设计的多孔材料孔隙率为60％，平均孔径为10μm，根据公式(1)-(3)计算，得到金属粉末的中值粒径为15um，选择球型羰基镍粉，选择PMMA颗粒的中值粒径为15μm，选择球形度为0.98，金属粉末：PMMA的体积比＝35：65。
(2)将球型羰基镍粉置于烘干箱中120℃中烘干2H，待降温至30℃，迅速转移至干燥箱中保存。
(3)将PMMA颗粒置于烘干箱中85℃烘干，烘干30min，待降温至30℃后取出。
(4)将羰基镍粉、PMMA颗粒按照设计的比例放入V型混料机，并投放质量分数0.5％的硬脂酸锌润滑剂，以7r/min转速设定，混料1.5H。
(5)将混合好的粉末材料放入直径为50mm模具中，保持压力330Mpa，保压30min，生坯脱模并干燥储存待用。
(6)取出生坯进行塑封，置于等静压模具中，第一次处理保持压力200Mpa，保压15分钟，间隔3min后，第二次处理保持压力400Mpa，保压15分钟，间隔3min后，第三次处理处理保持压力100Mpa，保压30分钟。
(7)炉腔内放置刚玉底托，将生坯用刚玉块体垫高置于底托中。氩气气氛保护方式为先抽真空至10-2Pa，以5L/min氩气洗炉，如此反复3次。2℃/min升温至240℃，保温30min，2℃/min升温至400℃，保温30min，脱除造孔剂；5℃/min升温至终温1050℃，保温1H，氩气以5L/min进行气氛保护烧结，随炉冷却。
【实施例2】
(1)设计的多孔镍合金孔隙率为60％，平均孔径为10μm，根据公式(1)-(3)计算，选择中值粒径为15μm的纯镍粉和15μm的纯钛粉，PMMA颗粒的中值粒径为15μm，选择球形度为0.98，体积比Ti：Ni：PMMA＝22：13：65。
(2)按照比例称取一定质量的纯钛粉和纯镍粉，球料比为5：1，520r/min，球磨12h。
(3)将球磨后的合金粉末置于烘干箱中120℃中烘干2h，待降温至30℃，迅速转移至干燥箱中保存。
(4)将PMMA颗粒置于烘干箱中85℃烘干，烘干30min，待降温至30℃后取出。
(5)将纯钛粉、纯镍粉、PMMA颗粒按照设计的比例放入V型混料机，并投放质量分数0.5％的硬脂酸锌润滑剂，以7r/min转速设定，混料1.5h。
(6)将混合好的粉末材料放入直径为50mm模具中，保持压力330Mpa，保压30min，生坯脱模并干燥储存待用。
(7)取出生坯进行塑封，置于等静压模具中，第一次处理保持压力200Mpa，保压15分钟，间隔3min后，第二次处理保持压力400Mpa，保压15分钟，间隔3min后，第三次处理处理保持压力100Mpa，保压30分钟。
(8)炉腔内放置刚玉底托，将生坯用刚玉块体垫高置于底托中。氩气气氛保护方式为先抽真空至10-2Pa，以5L/min氩气洗炉，如此反复3次。2℃/min升温至240℃，保温30min，2℃/min升温至400℃，保温30min，脱除造孔剂；5℃/min升温至终温1050℃，保温1h，氩气以5L/min进行气氛保护烧结，随炉冷却。
【对比例】
(1)设计的多孔镍合金孔隙率为60％，平均孔径为10μm，根据经验值，选择中值粒径为3μm的羰基镍粉和3μm的纯钛粉，造孔剂为NaCl，经过研磨筛分，得到粒径为0-45μm的造孔剂，体积比Ti：Ni：NaCl＝19：11：70；
(2)按照比例称取一定质量的纯钛粉和羰基镍粉，球料比为5：1，520r/min，球磨12h；
(3)将球磨后的合金粉末置于烘干箱中120℃中烘干2h，待降温至30℃，迅速转移至干燥箱中保存；
(4)将NaCl颗粒置于研磨机中进行研磨12h，利用45μm筛网进行筛分，收集0-45μm粒度的NaCl颗粒，置于烘干箱箱中烘干2H，待降温至30℃后取出；
(5)将纯钛粉、羰基镍粉、NaCl颗粒按照设计的比例放入V型混料机，并投放质量分数0.5％的硬脂酸锌润滑剂，以7r/min转速设定，混料1.5H；
(6)将混合好的粉末材料放入直径为50mm模具中，保持压力330Mpa，保压30min，生坯脱模并干燥储存待用；
(7)炉腔内放置刚玉底托，将生坯用刚玉块体垫高置于底托中。氩气气氛保护方式为先抽真空至10-2Pa，以5L/min氩气洗炉，如此反复3次。10℃/min升温至700℃，保温1h，8℃/min升温至780℃，保温4h，14℃/min升温至终温1050℃，保温1h，氩气以5L/min进行气氛保护烧结，随炉冷却。
(8)将烧结成型的产品置于纯水的烧杯中进行煮沸除盐，每次煮沸40min，重新更换纯水，需更换至少10次，最终用钢勺取煮过产品的水进行蒸干挥发，以钢勺上不残留盐渍为准则，说明产品除盐干净。最后将产品置于烘干箱中12h烘干处理。
【测试】
图2为羰基镍粉原始扫描形貌，平均粒径D50Ni＝15μm；图3为PMMA粒度分布曲线，其中D50PMMA＝15μm，图4为PMMA粒形分布曲线，PMMA球形度为0.98，图5为纯镍粉和纯钛粉原始扫描形貌，平均粒径D50Ni+Ti＝15μm。
图6为实施例1所得材料的扫描形貌，从图中可以看出颗粒和孔隙大小相对一致且分布均匀，图7为压汞法测得的实施例1样品的孔隙大小分布情况，从图中可以看出，孔径大小集中分布在0-18μm，平均值为9.50μm，孔径大小分布均匀，图8为实施例2所得材料的扫描形貌，从图中可以看出颗粒和孔隙大小相对一致且分布均匀，图9为压汞法测得的实施例2样品的孔隙大小分布情况，从图中可以看出，孔径大小集中分布在0-20μm，平均值为10.35μm，孔径大小分布均匀，表1为测试结果汇总，测试实施例1和2的样品，其孔隙率和平均孔径与目标孔隙参数比较接近，说明经过本发明的制备方法得到的材料，孔隙可控。
表1多孔镍芯分析检测结果
样品 孔隙率(％) 平均孔径(μm) 孔径分布(μm)
实施例1 64.92 9.50 0-18
实施例2 60.88 10.35 0-20
对比例是为了比较常规手段去生产目标合金时所得到的的样品的孔隙参数的情况，对对比例的样品进行测试，得到平均孔径为14μm，孔隙率为56％，孔径分布主要集中在0-30μm，部分孔径甚至可达40μm，其金相图片如图10所示，从图中也可以看，其孔径分布大小均匀度较差。
与实施例的样品对比可知，根据经验，以及结合常规手段得到的样品，其孔径大小分布均匀度较差，孔隙参数较目标孔隙参数的偏差较大，孔隙不可控。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于球形镍或镍合金粉末-PMMA颗粒形成的二元系颗粒混合体系中，PMMA颗粒热分解后形成的空隙与粉末颗粒形成的堆积空隙效应以及颗粒粒径非连续分布，根据所需的平均孔径和孔隙率，计算确定镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒的中值粒径、造孔剂PMMA颗粒所占的体积比；
再根据计算确定的镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒的中值粒径，将相应粒径的镍或镍合金粉末、相应粒径的造孔剂PMMA颗粒均置于氩气气氛中烘干、保存备用；
根据计算确定的造孔剂PMMA颗粒所占的体积比，将处理后的镍或镍合金粉末和造孔剂PMMA颗粒按比例混合，再添加一定比例的润滑剂，并混合均匀，得到混合粉末；
之后，将混合粉末压制成生坯后，再将生坯塑封后进行多次等静压处理，之后，再将处理后的生坯置于氩气气氛保护炉中，分阶段升温，烧制成多孔镍或镍合金。
2.根据权利要求1所述的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，PMMA颗粒所占的体积比满足如下公式：
VPMMA＝1.43G-0.22 (1)
PMMA颗粒的中值粒径满足如下公式：
D50PMMA＝(1～4)*D50镍或镍合金粉末 (2)
镍/镍合金粉末的中值粒径D50镍或镍合金粉末满足如下公式：
Figure FDA0003326406580000011
式中：D为目标孔径；G为目标孔隙率；D50镍或镍合金粉末为镍或镍合金粉末的中值粒径，D50PMMA为PMMA颗粒的中值粒径；VPMMA为PMMA颗粒所占体积比。
3.根据权利要求1所述的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，造孔剂PMMA颗粒的球形度≥0.95。
4.根据权利要求1所述的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，生坯压制的压力为100-800MPa，保压时间为20-40min。
5.根据权利要求1所述的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，等静压处理的具体步骤为：第一次处理保持压力200Mpa，保压15分钟，间隔3min后，第二次处理保持压力400Mpa，间隔3min后，保压15分钟，第三次处理处理保持压力100Mpa，保压30分钟。
6.根据权利要求1所述的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，分段升温的工艺过程如下：首先，以2℃/min的升温速率升温至240℃，保温30min；之后，以2℃/min的升温速率升温至400℃，保温30min；最后，以5℃/min的升温速率升温至终温(0.6-0.8)T镍或镍合金粉末熔点，保温1h。
7.根据权利要求1所述的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，氩气气氛保护炉中，气氛保护方式为：先抽真空至10-3～10-2Pa，以5-20L/min氩气洗炉，如此反复2-3次，氩气以5-10L/min进行气氛保护烧结。
8.根据权利要求1所述的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，对于镍合金粉末，将不同种类的粉末进行球磨混合后再烘干，球料比为1:1～10:1，转速100r/min～800r/min。
9.根据权利要求1所述的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，镍或镍合金粉末烘干温度为80-120℃，烘干时间为2-4h，转移温度低于30℃；造孔剂的烘干温度为80-85℃，烘干时间为2-4h，转移温度低于30℃。
10.根据权利要求1所述的孔隙可控的多孔镍或镍合金的制备方法，其特征在于，得到混合粉末的工艺参数为：转速3-15r/min，混料时间为0.1h-2h。
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