CN115354184A - 一种铝镍泡沫合金制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体公开了一种铝镍泡沫合金制备方法，所述方法包括以下步骤：S1、对泡沫镍进行预处理以去除泡沫镍的氧化层；S2、在惰性气体的氛围下将预处理后的泡沫镍浸入熔融状态的铝水中，并利用惰性气体进行吹铸以调整铝镍合金中的铝含量；S3、通过水冷方式进行冷却，并在氢气与惰性气体预设比例的氛围条件下对冷却后的铝镍合金进行热处理；S4、通过三段冷却方式对热处理后的铝镍合金进行再冷却，进而得到所需的铝镍泡沫合金。本发明所述制备方法没有添加浓氢氧化钠即可将易燃易爆粉末状的铝镍合金转化为孔隙率高且易于存放的三维多孔泡沫金属合金，具有生产过程安全、产品孔隙率高且易于保存的特点。

Description

一种铝镍泡沫合金制备方法
技术领域
本发明涉及铝镍合金技术领域，尤其涉及一种铝镍泡沫合金制备方法。
背景技术
铝镍合金又称雷尼镍，广泛用于催化领域。现有雷尼镍生产工艺是在熔炉中将具有催化活性的镍与铝进行熔合，然后将熔合物质进行淬火冷却后，将其粉碎成均匀的小颗粒，通过浓氢氧化钠浸出反应来消耗镍铝熔合体中的铝，从而使得这些小颗粒具备多孔结构，待其反应完全后，将其水溶液进行稀释，并澄出含铝酸钠的上清液后，用滗析法多次洗涤后再通过布氏漏斗用蒸馏水将溶液洗涤至中性，最后用95％的乙醇洗涤三次后保存在无水乙醇中。该生产方法的生产过程中需用高浓度氢氧化钠对其进行处理，以防生成氢氧化铝沉淀堵塞产品的微孔，浓氢氧化钠危险度较高，且其废水处理成本较高；同时现有市面上的雷尼镍活性高，危险易燃，其属于粉末状易燃物质，必须浸润在无水乙醇中进行保存，存储危险度高、条件较为苛刻。而利用电镀方式制造镍铝合金技术又不可行，导致其无法通过电镀方式来获取多孔结构：铝极易生成氧化膜,极易生成氧化膜,并且这层氧化膜一经除去又会在极短的时间里产生一层新的氧化膜，其勉强电镀也会因为其氧化膜的原因严重影镀层的结合力,起不到电镀的效果。而且其是两性金属,在酸性和碱性的电镀液中均不是很稳定,故其不适合电镀方式进行合金的合成。
鉴于此，设计一种新的铝镍泡沫合金制备方法是本技术领域人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝镍泡沫合金制备方法，所述方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种铝镍泡沫合金制备方法，包括以下步骤：
S1、对泡沫镍进行预处理，具体为：利用稀盐酸对泡沫镍进行酸洗以去除泡沫镍的氧化层，再用蒸馏水和/或纯净水喷洗以去除泡沫镍上的酸洗液，然后在氮气或惰性气体的氛围下将其低温烘干；
S2、在惰性气体的氛围下将预处理后的泡沫镍浸入熔融状态的铝水中，并利用惰性气体进行吹铸以调整铝镍合金中的铝含量；
S3、在惰性气体氛围下通过水冷方式对所得到的铝镍合金进行冷却，并在氢气与惰性气体预设比例的氛围条件下对冷却后的铝镍合金进行热处理；
S4、通过三段冷却方式对热处理后的铝镍合金进行再冷却，其中，冷却氛围为惰性气体，第一段冷却介质和第二段冷却介质均为冷凝水，第三段冷却介质为空气，进而得到所需的铝镍泡沫合金。
优选地，所述泡沫镍面密度为250-350g/m2。
优选地，所述步骤S1具体为：利用质量分数5±1％的稀盐酸对泡沫镍进行酸洗，酸洗时间为3-7min，并在常温条件下用蒸馏水和/或纯净水对酸洗后的泡沫镍进行喷洗，喷洗工艺为20±2ml/min，然后在氮气或惰性气体的氛围下将其烘干，烘干温度为50±5℃，风速为0.4-0.6m3/min。
优选地，所述步骤S2具体为：在惰性气体的氛围下将预处理后的泡沫镍浸入熔融状态的铝水中3-7min，基于铝镍合金中的铝含量利用预设温度和预设流量的惰性气体进行吹铸，其中，熔融铝的温度环境为700-740℃，惰性气体吹铸的风速流量为1-2m3/min，吹铸时间为1-5min，惰性气体的预设温度为700-720℃。
优选地，所述步骤S3具体为：在惰性气体氛围下的第一冷却区域内，利用水冷方式将所得到的铝镍合金冷却至500±80℃，冷却时间为1-5min；然后将冷却后的铝镍合金送至与第一冷却区域处于整体连通状态的热处理区域内进行热处理，其中热处理氛围中的氢气和氩气的预设比例为4:1-3:1，热处理温度为500-550℃，热处理时间为13-17min。
优选地，所述步骤S4具体为：将热处理后的铝镍合金送至与热处理区域处于整体连通状态的第二冷却区域内进行三段冷却，其中，第二冷却区域的冷却氛围为惰性气体，第一段冷却介质为冷凝水，冷却温度为300±50℃，冷却时间为3-5min，第二段冷却介质为冷凝水，冷却温度为150±20℃，冷却时间为1.5-2.5min，第三段冷却介质为空气，冷却温度为50±5℃，冷却时间为1.5-2.5min。
优选地，所述惰性气体为氩气。
优选地，所述步骤S1中采用氮气将水洗后的泡沫镍进行烘干。
优选地，当步骤S4中得到所需的铝镍泡沫合金后，利用收卷装置将其进行收卷保存。
与现有技术比较，本发明通过在惰性气体氛围下将泡沫镍浸入熔融状态的铝水中，并利用惰性气体进行吹铸来调整铝镍合金中的铝含量，然后再对浸铝工艺所得到的铝镍合金进行冷却、热处理和分段再冷却处理，进而将易燃易爆粉末状的铝镍合金转化为孔隙率高且易于存放的三维多孔泡沫金属合金，而且所述生产方法不需要添加浓氢氧化钠，具有生产过程安全、产品孔隙率高且易于保存的特点。
附图说明
图1是本发明中一种铝镍泡沫合金制备方法的流程图，
图2是本实施例中不同铝含量的铝镍泡沫合金的扫描电镜图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种铝镍泡沫合金制备方法，包括以下步骤：
S1、对泡沫镍进行预处理，具体为：利用稀盐酸对泡沫镍进行酸洗以去除泡沫镍的氧化层，再用蒸馏水和/或纯净水喷洗以去除泡沫镍上的酸洗液，然后在氮气或惰性气体的氛围下将其低温烘干；
在本步骤中，所述泡沫镍面密度为250-350g/m2，稀盐酸的质量分数为5±1％，酸洗时间为3-7min，并在常温条件下用蒸馏水和/或纯净水对酸洗后的泡沫镍进行喷洗以去除泡沫镍上的酸洗液，喷洗工艺为20±2ml/min，在氮气的氛围下，利用氮气将水洗后的泡沫镍进行烘干的烘干温度为50±5℃，烘干风速为0.4-0.6m3/min；
S2、在惰性气体的氛围下将预处理后的泡沫镍浸入熔融状态的铝水中，并利用惰性气体进行吹铸以调整铝镍合金中的铝含量；
在本步骤中，基于氩气的氛围下将预处理后的泡沫镍浸入熔融状态的铝水中，浸入时间为3-7min，然后基于所需的铝镍合金中的铝含量计算氩气的预设温度和预设流量，基于计算出来的氩气预设温度和预设流量对浸入熔融状态铝水后的泡沫镍进行吹铸以调整铝镍合金中的铝含量，吹铸过程与熔融铝处于同一个容器中，其中，熔融铝的温度环境为700-740℃，氩气吹铸的风速预设流量为1-2m3/min，吹铸时间为1-5min，氩气吹铸的预设温度为700-720℃，在氩气浸入熔融铝容器之前将氩气预热至预设温度；
S3、在惰性气体氛围下通过水冷方式对所得到的铝镍合金进行冷却，并在氢气与惰性气体预设比例的氛围条件下对冷却后的铝镍合金进行热处理；
在本步骤中，将吹铸后得到的铝镍合金传输至与熔融铝容器处于整体连通状态的第一冷却区域内，保证冷却期间第一冷却区域无氧气，并基于氩气氛围条件下利用水冷方式将输送过来的铝镍合金冷却至500±80℃，冷却过程时间为1-5min；然后将冷却后的铝镍合金送至与第一冷却区域处于整体连通状态的热处理区域内进行热处理，保证热处理期间热处理区域无氧气，其中，热处理区域中的氢气和氩气的预设比例为4:1-3:1，热处理温度为500-550℃，热处理时间为13-17min；
S4、通过三段冷却方式对热处理后的铝镍合金进行再冷却，其中，冷却氛围为惰性气体，第一段冷却介质和第二段冷却介质均为冷凝水，第三段冷却介质为空气，进而得到所需的铝镍泡沫合金；
在本步骤中，将热处理后的铝镍合金送至与热处理区域处于整体连通状态的第二冷却区域内进行三段冷却，保证再冷却期间第二冷却区域无氧气，其中，第二冷却区域的冷却氛围为氩气，第一段冷却介质为冷凝水，冷却温度为300±50℃，冷却时间为3-5min，第二段冷却介质为冷凝水，冷却温度为150±20℃，冷却时间为1.5-2.5min，第三段冷却介质为空气，冷却温度为50±5℃，冷却时间为1.5-2.5min，经过三段冷却后即可得到所需的铝镍泡沫合金，最后利用收卷装置将其进行收卷保存。
本实施例中，首先利用5±1％的稀盐酸对泡沫镍进行酸洗以去除泡沫镍表面的氧化层，同时，基于氩气氛围中将去除氧化层的泡沫镍浸入熔融铝中并调整铝镍合金中的铝含量，然后分别对铝镍合金进行冷却、热处理和再冷却工艺处理，通过通如氩气保障对应工艺处理过程中均无氧气，进而使得制备出来的铝镍泡沫合金具有孔隙率高和易于存放的特点，而且，所述方法工艺中没有添加浓氢氧化钠，极大程度上保证了生产工艺的操作安全，同时也简化了生产工艺，降低了生产工艺难度。
为了进一步阐述本发明的工作原理和技术效果，下面以本实施例基于惰性气体的预设温度和不同预设流量制备出的铝镍泡沫合金产品扫描电镜图为例予以说明。
如图2所示，图2示出了不同铝含量的铝镍泡沫合金产品的扫描电镜图；其中，图2a中的镍铝比例为3:1，对应扫描电镜图的放大倍数为500倍；图2b中的镍铝比例为1:1，对应扫描电镜图的放大倍数为500倍；图2c中的镍铝比例为10:1，对应扫描电镜图的放大倍数为1000倍；图2d中的铝含量为0，对应扫描电镜图的放大倍数为1000倍。
从图中可以看出，泡沫镍与镍铝泡沫合金筋丝上的金属厚度有着明显差异，同时，对应金属包裹饱和度也有着明显差异，对于镍铝泡沫合金而言，当其镍铝比例达到催化效果的黄金比例1:1时，其海绵筋丝还能维持原状并保持一个三维多孔状态，即此时的海绵筋丝仅比泡沫镍基体粗大但其三维多孔结构的孔隙并未被填满，进而说明了本发明所提供的制备方法利用不同风速流量的惰性气体在浸铝工艺过程中进行吹铸来调整铝镍合金的铝含量，能够使得所得到的铝镍泡沫合金产品具有三维多孔结构，并在其拥有三维多孔结构的基础上，对其进行热处理以获取镍铝合金态，从而使其原子晶格重组后达到理想的催化性能。
以上对本发明所提供的一种铝镍泡沫合金制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种铝镍泡沫合金制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、对泡沫镍进行预处理，具体为：利用稀盐酸对泡沫镍进行酸洗以去除泡沫镍的氧化层，再用蒸馏水和/或纯净水喷洗以去除泡沫镍上的酸洗液，然后在氮气或惰性气体的氛围下将其低温烘干；
S2、在惰性气体的氛围下将预处理后的泡沫镍浸入熔融状态的铝水中，并利用惰性气体进行吹铸以调整铝镍合金中的铝含量；
S3、在惰性气体氛围下通过水冷方式对所得到的铝镍合金进行冷却，并在氢气与惰性气体预设比例的氛围条件下对冷却后的铝镍合金进行热处理；
S4、通过三段冷却方式对热处理后的铝镍合金进行再冷却，其中，冷却氛围为惰性气体，第一段冷却介质和第二段冷却介质均为冷凝水，第三段冷却介质为空气，进而得到所需的铝镍泡沫合金。
2.如权利要求1所述的铝镍泡沫合金制备方法，其特征在于，所述泡沫镍面密度为250-350g/m2。
3.如权利要求1所述的铝镍泡沫合金制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：利用质量分数5±1％的稀盐酸对泡沫镍进行酸洗，酸洗时间为3-7min，并在常温条件下用蒸馏水和/或纯净水对酸洗后的泡沫镍进行喷洗，喷洗工艺为20±2ml/min，然后在氮气或惰性气体的氛围下将其烘干，烘干温度为50±5℃，风速为0.4-0.6m3/min。
4.如权利要求3所述的铝镍泡沫合金制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：在惰性气体的氛围下将预处理后的泡沫镍浸入熔融状态的铝水中3-7min，基于铝镍合金中的铝含量利用预设温度和预设流量的惰性气体进行吹铸，其中，熔融铝的温度环境为700-740℃，惰性气体吹铸的风速流量为1-2m3/min，吹铸时间为1-5min，惰性气体的预设温度为700-720℃。
5.如权利要求4所述的铝镍泡沫合金制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：在惰性气体氛围下的第一冷却区域内，利用水冷方式将所得到的铝镍合金冷却至500±80℃，冷却时间为1-5min；然后将冷却后的铝镍合金送至与第一冷却区域处于整体连通状态的热处理区域内进行热处理，其中热处理氛围中的氢气和氩气的预设比例为4:1-3:1，热处理温度为500-550℃，热处理时间为13-17min。
6.如权利要求5所述的铝镍泡沫合金制备方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：将热处理后的铝镍合金送至与热处理区域处于整体连通状态的第二冷却区域内进行三段冷却，其中，第二冷却区域的冷却氛围为惰性气体，第一段冷却介质为冷凝水，冷却温度为300±50℃，冷却时间为3-5min，第二段冷却介质为冷凝水，冷却温度为150±20℃，冷却时间为1.5-2.5min，第三段冷却介质为空气，冷却温度为50±5℃，冷却时间为1.5-2.5min。
7.如权利要求6所述的铝镍泡沫合金制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
8.如权利要求7所述的铝镍泡沫合金制备方法，其特征在于，所述步骤S1中采用氮气将水洗后的泡沫镍进行烘干。
9.如权利要求8所述的铝镍泡沫合金制备方法，其特征在于，当步骤S4中得到所需的铝镍泡沫合金后，利用收卷装置将其进行收卷保存。
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