JP2012149282A - 高耐食性を有する金属多孔体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくともNiとCrとを含む合金からなる3次元網目状構造を有する金属多孔体であって、該金属多孔体の骨格が中空の芯部と外殻とからなり、該外殻の断面を厚み方向に均等に外側、中央部、内側に3分割して、外側部分、中央部部分、内側部分におけるCrの重量パーセント濃度をそれぞれa、b、cとしたとき、該a、b、cが式(1)の関係を満たすことを特徴とする金属多孔体。
|(a+c)/2−b|÷(a+b+c)/3 < 0.20 (1)
【選択図】なし
Description
したがって、その切断面においても高耐食性を有する金属多孔体とその製造方法の提供が望まれている。
|(a+c)/2−b|÷(a+b+c)/3 < 0.20 (1)
(2)上記(1)に記載の金属多孔体の製造方法であって、
少なくとも、
3次元網目状樹脂に導電化処理を施す工程と、
3次元網目状樹脂にNiめっきを施す第1のめっき工程と、
3次元網目状樹脂を除去する第1の熱処理工程と、
Ni層上にCrめっきを施す第2のめっき工程と、
Ni層とCr層を合金化する第2の熱処理工程と、
を有することを特徴とする金属多孔体の製造方法。
(3)上記導電化処理後の工程順が、Niめっきを施す第1のめっき工程、3次元網目状樹脂を除去する第1の熱処理工程、Ni層上にCrめっきを施す第2のめっき工程、Ni層とCr層を合金化する第2の熱処理工程、の順であって、
第1の熱処理工程が、ステンレスマッフル内で酸化雰囲気のもと600℃以上、800℃以下で熱処理する工程であり、
第2の熱処理工程が、ステンレスマッフル内で還元性ガス雰囲気のもと800℃以上、1100℃以下で熱処理する工程であること
を特徴とする上記(2)に記載の金属多孔体の製造方法。
(4)上記導電化処理後の工程順が、Niめっきを施す第1のめっき工程、Ni層上にCrめっきを施す第2のめっき工程、3次元網目状樹脂を除去する第1の熱処理工程、Ni層とCr層を合金化する第2の熱処理工程、の順であって、
第1の熱処理工程が、ステンレスマッフル内で酸化雰囲気のもと600℃以上、800℃以下で熱処理する工程であり、
第2の熱処理工程が、カーボンマッフル内で還元性ガス雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気のもと1000℃以上、1500℃以下で熱処理する工程であること
を特徴とする上記(2)に記載の金属多孔体の製造方法。
|(a+c)/2−b|÷(a+b+c)/3 < 0.20 (1)
すなわち、上記a、b、cの関係式の値が0.20未満であることにより、切断面においても高耐食性を有する金属多孔体が得られる。上記式の値は、0.1以下であることがより好ましい。
3次元網目状樹脂としては、樹脂発泡体、不織布、フェルト、織布などが用いられるが必要に応じてこれらを組み合わせて用いることもできる。また、素材としては特に限定されるものではないが、金属をめっきした後焼却処理により除去できるものが好ましい。また、樹脂多孔体の取扱い上、特にシート状のものにおいては剛性が高いと折れるので柔軟性のある素材であることが好ましい。
3次元網目状樹脂の導電化処理の方法は、樹脂製の多孔体の表面に導電被覆層を設けることができる方法であれば特に限定されない。導電被覆層を構成する材料としては、例えば、ニッケル、チタン、ステンレススチール等の金属の他、カーボンブラック等の非晶質炭素、黒鉛等のカーボン粉末が挙げられる。これらの中でも特にカーボン粉末が好ましく、カーボンブラックがより好ましい。なお、金属以外の非晶質炭素等を用いた場合には、後述する樹脂製多孔体の除去処理において当該導電被覆層も除去される。
導電被覆層は樹脂製多孔体表面に連続的に形成されていればよく、その目付量は限定的でなく、通常0.1g/m2以上、20g/m2以下程度、好ましくは0.5g/m2以上、5g/m2以下程度とすればよい。
ニッケルめっき工程においては、公知のめっき法によってニッケルめっきを施す工程であれば特に限定されないが、電気めっき法を用いることが好ましい。上記した無電解めっき処理及び/又はスパッタリング処理によってめっき膜の厚みを増していけば電気めっき処理の必要性はないが、生産性、コストの観点から好ましくない。このため、上記したような、まず樹脂製多孔体を導電化処理する工程を経た後に、電気めっき法によりニッケルめっき層を形成する方法を採用することが好ましい。
電気ニッケルめっき層は導電被覆層が露出しない程度に当該導電被覆層上に形成されていればよく、その目付量は限定的でなく、通常100g/m2以上、600g/m2以下程度、好ましくは200g/m2以上、500g/m2以下程度とすればよい。
3次元網目状樹脂を除去するための第1の熱処理条件は、ステンレスマッフル内で大気等の酸化雰囲気において、600℃以上、800℃以下で熱処理するのが好ましい。熱処理温度が600℃よりも低いと、3次元網目状樹脂が完全に除去できず、800℃超では脆くなり大幅に強度が低下し、実用的な使用に耐えられない。
クロムめっき工程においては、公知のめっき法によってクロムめっきを施す工程であれば特に限定されないが、電気めっき法を用いることが好ましい。スパッタリング処理によってめっき膜の厚みを増していけば電気めっき処理の必要性はないが、生産性、コストの観点から好ましくない。
導電化処理後の工程順が、Niめっきを施す第1のめっき工程、3次元網目状樹脂を除去する第1の熱処理工程、Ni層上にCrめっきを施す第2のめっき工程、Ni層とCr層を合金化する第2の熱処理工程、の順である場合、ニッケル層とクロム層を合金化するための第2の熱処理条件は、ステンレスマッフル内でCOやH2等の還元性ガス雰囲気のもと800℃以上、1100℃以下で熱処理するのが好ましい。熱処理温度が800℃未満では第1の熱処理工程で酸化したニッケルの還元、及びニッケル層とクロム層の合金化に長時間を要しコスト的に不利になり、1100℃超では熱処理炉の炉体が短期間で損傷するため、上記温度範囲で熱処理するのが好ましい。
[実施例1]
(3次元網目状樹脂の導電化処理)
3次元網目状樹脂として、1.5mm厚のポリウレタンシートを用いて、粒径0.01〜0.2μmの非晶性炭素であるカーボンブラック100gを0.5Lの10%アクリル酸エステル系樹脂水溶液に分散し、この比率で粘着塗料を作製した。次に樹脂多孔シートを前記塗料に連続的に漬け、ロールで絞った後乾燥させることによって導電化処理を施し、3次元網目状樹脂の表面に導電被覆層を形成した。
導電化処理を施した3次元網目状樹脂に、ニッケルを電気めっきにより300g/m2付着させ、電気めっき層を形成した。めっき液としては、スルファミン酸ニッケルめっき液を用いた。
(3次元網目状樹脂を除去する第1の熱処理工程)
次に、3次元網目状樹脂を除去するため、ステンレスマッフル内で大気酸化雰囲気において700℃で熱処理を施し、ニッケル多孔体を得た。
上記ニッケル多孔体上に、更にクロムめっきを90g/m2、150g/m2、230g/m2付着させたものを、それぞれNi−Cr合金多孔体A−1、A−2、A−3とした。めっき液としては、3価クロムめっき液を用いた。
(ニッケル層とクロム層を合金化する第2の熱処理工程)
続いて、ステンレスマッフル内でH2ガス雰囲気のもと1000℃で熱処理を施した。上記工程により、本発明の切断面においても高耐食性を有するNi−Cr合金多孔体A−1、A−2、A−3を作製した。
実施例1の3次元網目状樹脂を除去する第1の熱処理工程後に得られたニッケル多孔体を、Cr及びNH4Cl粉末中に埋めて、Arガス雰囲気中で1100℃で、重量が90g/m2、150g/m2、230g/m2増加するまで、拡散浸透処理を行ったものを、それぞれNi−Cr合金多孔体B−1、B−2、B−3とした。上記工程により、高耐食性を有するNi−Cr合金多孔体B−1、B−2、B−3を作製した。
(骨格断面のクロム濃度)
上記で得た芯部が中空の各Ni−Cr合金多孔体の骨格の外殻断面のクロム濃度をSEM(走査型電子顕微鏡)−EDX(エネルギー分散型X線分析装置)により定量分析した。結果を表1に示す。表1に示される通り、比較例1のNi−Cr合金多孔体B−1〜B−3は、骨格の外殻断面のクロム濃度バラツキが大きい、つまり、中央部部分のクロム濃度は外側部分、内側部分に比べ顕著に小さい傾向にあり、|(a+c)/2−b|÷(a+b+c)/3は0.20以上であることが確認された。また、全体的にCr濃度が高いB−3では骨格表層の剥離が認められた。
上記で得た各Ni−Cr合金多孔体がリチウムイオン電池やキャパシタに使用できるか確認するため、サイクリックボルタンメトリーを行って耐食性を評価した。評価サイズとして、厚みはローラープレスで0.4mmに調厚し、大きさは3cm□とし、切断面が有るものと無いもの(3次元網目状樹脂から3cm□で作製)を準備した。リード線としてアルミタブを溶接し、微多孔膜セパレーターを挟んでアルミラミネートセルを作製した。参照極として銀/塩化銀電極を使用した。電解液はLiPF6を1mol/Lを含むEc/DEC1:1を使用した。
上記で得た各Ni−Cr合金多孔体が各種フィルタや触媒担持体に使用できるか確認するため、大気中800℃で12時間の加熱を行い、各Ni−Cr合金多孔体の重量変化を測定した結果を表3に示す。表3に示されるように、比較例1のNi−Cr合金多孔体B−1〜B−3は、切断面なしの場合、重量変化量が1mg/cm2未満であるものの、切断面ありの場合は5〜6mg/cm2と酸化が進行していた。一方、実施例1のNi−Cr合金多孔体A−1〜A−3は切断面の有無に関わらず、重量変化量が1mg/cm2未満であった。このことは、本発明のNi−Cr合金多孔体が切断面の有無に関わらず、高耐食性の求められる各種フィルタや触媒担持体に用いることができることを示している。
Claims (4)
- 少なくともNiとCrとを含む合金からなる3次元網目状構造を有する金属多孔体であって、該金属多孔体の骨格が中空の芯部と外殻とからなり、該外殻の断面を厚み方向に均等に外側、中央部、内側に3分割して、外側部分、中央部部分、内側部分におけるCrの重量パーセント濃度をそれぞれa、b、cとしたとき、該a、b、cが式(1)の関係を満たすことを特徴とする金属多孔体。
|(a+c)/2−b|÷(a+b+c)/3 < 0.20 (1) - 請求項1に記載の金属多孔体の製造方法であって、
少なくとも、
3次元網目状樹脂に導電化処理を施す工程と、
3次元網目状樹脂にNiめっきを施す第1のめっき工程と、
3次元網目状樹脂を除去する第1の熱処理工程と、
Ni層上にCrめっきを施す第2のめっき工程と、
Ni層とCr層を合金化する第2の熱処理工程と、
を有することを特徴とする金属多孔体の製造方法。 - 上記導電化処理後の工程順が、Niめっきを施す第1のめっき工程、3次元網目状樹脂を除去する第1の熱処理工程、Ni層上にCrめっきを施す第2のめっき工程、Ni層とCr層を合金化する第2の熱処理工程、の順であって、
第1の熱処理工程が、ステンレスマッフル内で酸化雰囲気のもと600℃以上、800℃以下で熱処理する工程であり、
第2の熱処理工程が、ステンレスマッフル内で還元性ガス雰囲気のもと800℃以上、1100℃以下で熱処理する工程であること
を特徴とする請求項2に記載の金属多孔体の製造方法。 - 上記導電化処理後の工程順が、Niめっきを施す第1のめっき工程、Ni層上にCrめっきを施す第2のめっき工程、3次元網目状樹脂を除去する第1の熱処理工程、Ni層とCr層を合金化する第2の熱処理工程、の順であって、
第1の熱処理工程が、ステンレスマッフル内で酸化雰囲気のもと600℃以上、800℃以下で熱処理する工程であり、
第2の熱処理工程が、カーボンマッフル内で還元性ガス雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気のもと1000℃以上、1500℃以下で熱処理する工程であること
を特徴とする請求項2に記載の金属多孔体の製造方法。
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