CN1244710C - 一种复合金属多孔体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合金属多孔体及其制备方法，尤其是采用热浸铝的方法制备复合金属多孔铝。该复合金属多孔体，是以泡沫金属或泡沫合金为骨架进行热浸金属或合金制成的复合金属多孔体，其中：泡沫金属或泡沫合金的成分含量40～95(wt)%，余量为热浸的金属或合金。该方法包括下述步骤：首先以泡沫材料为芯膜，在该芯膜上沉积一种、或二种、或二种以上金属制备多孔金属或多孔合金；之后再以多孔金属或多孔合金为骨架，在该骨架上采用热浸方法进行热浸金属或合金，即可制备出复合金属多孔体。本发明的优点是：该方法制备出的金属多孔体、特别是复合金属多孔铝，孔隙率高(≥90%)，孔径为0.2～10mm，生产工艺简单、制备成本低并易于工业化。

Description

一种复合金属多孔体及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合金属多孔体及其制备方法，尤其是采用热浸金属的方法制备复合金属多孔体及其制备方法。
背景技术
金属多孔体以其密度小、孔隙率高、比表面积大并具有三维网状结构而广泛应用于过滤、屏蔽、吸音及二次电池和载体等方面。金属多孔体的制备方法可以采用粉末冶金、电沉积(电铸)、气相沉积及金属熔炼浇铸(渗流)和金属发泡等方法进行制备。现广泛使用的金属多孔体有：泡沫镍(铜)、泡沫钛(合金)以及泡沫铝等。
泡沫镍的制备方法主要是采用电沉积(电铸)的方法进行制备，其工艺首先是制备导电层，即将聚氨酯泡沫塑料经涂敷导电涂料(或化学镀、气相沉积金属等处理)后，使非导电的聚氨酯泡沫塑料具有导电性；之后采用电沉积(电铸)的方法在泡沫塑料上沉积金属镍，最后通过热处理除去有机物并改善金属性能以制备出泡沫镍。泡沫镍主要用于二次电池电极基板和载体。
泡沫钛(合金)的制备方法主要是采用粉末冶金的方法进行制备，即选用一定粒径的金属或金属合金粉末，经压制成型后进行烧结处理。泡沫钛(合金)主要用于过滤。
金属多孔铝(泡沫铝)制备方法目前主要采用的是金属熔炼浇铸(渗流)法和金属发泡法。金属熔炼浇铸(渗流)法主要是将熔化的铝(铝合金)融液浇铸(渗流)在装有非金属球的容器里，使铝液进入到非金属球的间隙中，待金属铝(铝合金)冷却凝固后再除去非金属球，从而制备出金属多孔铝。金属发泡法就是将发泡剂置于铝(铝合金)熔体里或借助外部气体(如氮气等)，通过控制温度及搅拌速度使发泡剂分解以产生气体，从而铝(铝合金)发泡成为金属多孔铝。金属多孔铝(泡沫铝)主要用于屏蔽及吸音。
上述金属多孔体的制备方法是制备金属多孔体的主要方法，针对不同的用途可采用不同的方法进行制备金属多孔体。
发明内容
本发明的目的是提供一种孔隙率高的复合金属多孔体、特别是复合金属铝(铝合金)多孔体。
本发明的另一个目的是提供一种复合金属多孔体、特别是复合金属铝(铝合金)多孔体的制备方法，其生产工艺简单并易于工业化。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种复合金属多孔体，是以泡沫金属或泡沫合金为骨架进行热浸金属或合金制成的复合金属多孔体，泡沫金属或泡沫合金的成分含量40～95wt％，余量为热浸的金属或合金，其中，所述的泡沫金属为镍、铁、铜、铅、锌金属中的任意一种金属；泡沫合金为镍-铁、或铜-铁、或镍-铜合金合金，其中，二元合金可以，三元以上合金也可以；所述的热浸金属包括：铝、锡、锌和铅金属中的任意一种金属，其中，优选金属是铝；热浸合金包括：铝-锌或铅-锡合金合金，其中，优选合金是铝-锌合金；所述的复合金属多孔体的孔径为0.2～10.0mm，孔隙率不小于90％，厚度在1.5～10.0mm。
一种制备复合金属多孔体的方法，该方法包括下述步骤：
首先以泡沫材料为芯膜，在该芯膜上沉积一种、或二种、或二种以上金属制备多孔金属或多孔合金，所述泡沫材料为聚氨酯泡沫塑料、或是纺织或无纺织布料、或是纤维毡，所述的金属为镍、铁、铜、铅、锌金属中的任意一种金属、或二种、或二种以上金属；
之后通过热处理进行热分解去除泡沫塑料芯膜，再以多孔金属或多孔合金为骨架，在该骨架上采用热浸方法进行热浸金属或合金，即可制备出复合金属多孔体，所述的热浸金属包括：铝、锡、锌和铅金属中的任意一种金属，所述的热浸合金包括：铝-锌或铅-锡合金。
本发明方法的发明点在于：将电沉积(电铸)和热浸工艺结合起来制备复合金属多孔体。即以泡沫材料为芯膜，在该芯膜上沉积金属制备多孔金属或多孔合金，再以其为骨架，在该骨架上采用热浸方法进行热浸金属或合金，即可制备出复合金属多孔体。
在上述方法中，在上述芯膜上沉积一种、或二种、或二种以上金属，对所沉积的金属并没有限定，其中，优选的是：所述的金属为镍、铁、铜、铅、锌中的任意一种金属、或二种、或二种以上金属，在沉积二种、或二种以上金属时，接着进行热处理，通过热处理实现金属的合金化，成为镍-铁、或铜-铁、或镍-铜合金。
在上述方法中，所述的热浸金属或合金方法是在空气中进行，或在非氧化性气氛下进行，或在真空条件下进行。
在上述方法中，所述的热浸金属或合金方法包括采用浇铸或渗流的方式进行。
在上述方法中，在制备多孔金属或多孔合金步骤中，所述的泡沫金属或泡沫合金为采用粉末冶金、或是电沉积即电铸或气相沉积方法制备出泡沫金属或泡沫合金。
本发明的优点是：该方法制备出的复合金属多孔体、特别是复合金属铝(铝合金)多孔体为三维网状结构，孔隙率高(≥90％)，孔径为0.2～10.0mm，与泡沫铝的制备工艺相比较，具有生产工艺简单、制备成本低并易于工业化。
具体实施方式
制备复合金属多孔体，先制备多孔金属或多孔合金，首先：将泡沫材料处理使其具有导电性，其步骤可以是：(1)将泡沫材料在含有氧化剂的溶液里进行氧化处理，之后再对泡沫材料进行还原，目的就是改善泡沫材料的润湿性及亲水性，提高开孔率；(2)通过化学镀或涂导电浆料、气相沉积、喷镀、真空镀等方法使非导电的泡沫材料具有导电性。或直接将泡沫材料采用(2)的方法制备导电层。其次：采用电沉积(电铸)的方法将金属沉积在泡沫材料上，通过电流、沉积时间和溶液浓度等参数的调节以控制金属沉积量。第三：将沉积有金属的泡沫材料通过热处理(烧解及还原处理)即可制备出泡沫金属。
泡沫合金的制备可以按上述方法首先制备出泡沫金属，之后再电沉积(电铸)上一种、或二种、或两种以上的其它金属；也可以在上述第二步后，即电沉积(电铸)一种金属之后再进行电沉积(电铸)另一种或两种以上的其它金属，接着进行热处理。通过热处理实现金属的合金化，改善其性能。泡沫合金的成分可以按要求比例进行调整。
多孔金属或多孔合金热浸金属或合金，优选是热浸铝、或铝合金。在热浸铝、或铝合金过程中，就是在装有铝或铝合金熔体的容器中将多孔金属或多孔合金浸渍其中，通过控制时间及温度等参数以决定铝或铝合金的沉积量。为了改善多孔铝的性能，在热浸铝的过程中可以加入一些添加剂。
热浸铝的方法还可以采用浇铸或渗流方式进行，即将熔化的铝(铝合金)液浇铸在泡沫金属上或在一定的压力下使铝(铝合金)液通过泡沫金属，从而形成复合金属铝(铝合金)的金属多孔体。
本发明对采用粉末冶金、电沉积(电铸)、气相沉积等方法制备出的多孔金属或多孔合金进行热浸铝或铝合金、以及热浸其他金属及合金同样适用。
下面通过举例对本发明复合金属多孔体及其制备方法作进一步说明。
实施例1
在一种铁-镍泡沫合金为骨架上进行热浸铝。
制备方法如下：取厚度为2.0mm、孔径不低于0.5mm的聚氨酯泡沫塑料，尺寸11.0cm×9.0cm。首先在高锰酸钾的酸性溶液里浸泡0.5～5min，再于草酸溶液里进行还原0.5～5min；其次制备导电层，将已洗涤甩干的泡沫塑料浸于含碳的导电涂料中2～5min，挤净残余的涂料并烘干。第三步进行电沉积铁，在含硫酸业铁150～350g/l，硫酸铵80～200g/l，PH值为2.0～5.5，温度15～60℃，电流密度3～8A/dm2的条件下进行电沉积铁；第四步在瓦特液里以电流密度3～8A/dm2，温度40～45℃，进行电沉积镍，使镍包覆于铁上；第五步通过热处理即在300～500℃于空气中进行热分解去除泡沫塑料芯膜，在850～1000℃于还原性气氛中还原10～30min形成镍-铁合金；第六步在装有纯铝的坩埚里于720～900℃，将泡沫镍-铁合金浸渍其中1～3min，取出后即为新型的复合金属铝的金属多孔体。
该制备工艺与目前多孔铝的制备工艺相比，具有成本低，工艺简单并易于规模化生产等特点；制备出的多孔铝孔隙率高(≥90％)。
实施例2
以一种铜-镍泡沫合金为骨架进行热浸铝。其制备方法与实施例1相似，取厚度2.0mm、孔径不低于0.8mm的聚氨酯泡沫塑料，首先制备导电层(该步骤与实施例1相同)，然后在含有硫酸铜100～250g/l，硫酸100～400g/l，温度15～50℃的条件下于8A电流进行电沉积铜30min，之后在瓦特液里于电流10A，温度40～45℃的条件下进行电沉积镍15min，洗净烘干后再热处理。在空气中加热到300～500℃保温15～20min，再在还原性气氛中于700～950℃保温10～30min，由此制备出泡沫镍-铜合金。将泡沫镍-铜合金置于700～800℃含铝的坩埚内1～5min，取出即得复合金属铝的金属多孔体。
实施例3
以一种泡沫镍为骨架进行热浸铝。其制备方法与实施例1基本相似，取厚度5.0mm、孔径不低于1.0mm的聚氨酯泡沫塑料，首先制备导电层(该步骤与实施例1相同)，然后在在瓦特液中进行电沉积镍，经热处理之后热浸铝；在热浸铝时于熔化的铝液中加入1～10(wt)％的添加剂(添加剂为硅及稀土等金属)，在680～730℃时将熔化的铝液浇铸在泡沫镍上，取出经冷却后即为复合金属铝的金属多孔体。
实施例4
以一种泡沫镍为骨架进行热浸铝-锌。其制备方法与实施例3基本相似，取厚度5.0mm、孔径不低于1.5mm的聚氨酯泡沫塑料，首先制备导电层(该步骤与实施例1相同)，然后在在瓦特液中进行电沉积镍，经热处理之后热浸铝-锌；在热浸铝-锌时于450～730℃熔化的铝-锌液中加入1～10(wt)％的添加剂，浸渍2～15min，取出即为复合金属铝-锌的金属多孔体。
实施例5
以一种泡沫镍为骨架进行热浸锡。其制备方法与实施例3基本相似，取厚度3.0mm、孔径不低于1.0mm的聚氨酯泡沫塑料，首先制备导电层(该步骤与实施例1相同)，然后在在瓦特液中进行电沉积镍，经热处理制备出泡沫镍，之后进行热浸锡；将泡沫镍浸渍于250～300℃熔化的锡液中0.5～5min，取出经冷却后即为复合金属锡的金属多孔体。
实施例6
以一种泡沫镍为骨架进行热浸锌。其制备方法与实施例3基本相似，取厚度4.0mm、孔径不低于0.8mm的聚氨酯泡沫塑料，首先制备导电层(该步骤与实施例1相同)，然后在在瓦特液中进行电沉积镍，经热处理制备出泡沫镍，之后进行热浸锌；将泡沫镍浸渍于440～480℃熔化的锌液中0.5～5min，取出经冷却后即为复合金属锌的金属多孔体。

Claims (5)

1、一种复合金属多孔体，其特征在于：是以泡沫金属或泡沫合金为骨架进行热浸金属或合金制成的复合金属多孔体，泡沫金属或泡沫合金的成分含量40～95wt％，余量为热浸的金属或合金，其中，所述的泡沫金属为镍、铁、铜、铅、锌金属中的任意一种金属；泡沫合金为镍-铁、或铜-铁、或镍-铜合金合金，所述的热浸金属包括：铝、锡、锌和铅金属中的任意一种金属；热浸合金包括：铝-锌或铅-锡合金合金，所述的复合金属多孔体的孔径为0.2～10.0mm，孔隙率不小于90％，厚度在1.5～10.0mm。
2、一种制备权利要求1所述的复合金属多孔体的方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
首先以泡沫材料为芯膜，在该芯膜上沉积一种、或二种、或二种以上金属制备多孔金属或多孔合金，所述泡沫材料为聚氨酯泡沫塑料、或是纺织或无纺织布料、或是纤维毡，所述的金属为镍、铁、铜、铅、锌金属中的任意一种金属、或二种、或二种以上金属；
之后通过热处理进行热分解去除泡沫塑料芯膜，再以多孔金属或多孔合金为骨架，在该骨架上采用热浸方法进行热浸金属或合金，即可制备出复合金属多孔体，所述的热浸金属包括：铝、锡、锌和铅金属中的任意一种金属，所述的热浸合金包括：铝-锌或铅-锡合金。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的热浸金属或合金方法是在空气中进行，或在非氧化性气氛下进行，或在真空条件下进行。
4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的热浸金属或合金方法包括采用浇铸或渗流的方式进行。
5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在制备多孔金属或多孔合金步骤中，所述的泡沫金属或泡沫合金为采用粉末冶金、或是电沉积即电铸或气相沉积方法制备出泡沫金属或泡沫合金。
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