CN101899690A - 一种多孔合金材料及其制备方法 - Google Patents

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一种多孔合金材料及其制备方法，该多孔合金材料呈三维网状结构，在基底多孔金属材料的表面覆有镍钨合金，其中钨的质量占金属材料总质量的百分比不少于0.04％，镍钨合金的被覆量不少于50克/平米。制备方法：采用诱导沉积电镀或化学镀工艺，在普通多孔金属材料表面镀覆镍钨合金，经热处理后即可。本发明的多孔合金材料具有耐高温和较高强度，其制备工艺简单，且成本低廉，适合大规模生产。

Description

一种多孔合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金材料及其制备方法，特别是涉及一种多孔合金材料及其制备方法。
背景技术
在很多领域，常用到各种多孔金属材料，如电池基材用的泡沫镍，过滤材料用的泡沫铜等。在尾气净化基材等对多孔金属材料需要耐高温和高强度应用领域，泡沫钨是较好的选择。但由于其原料成本太高，且制作工艺复杂，因而价格高昂，不利于其大规模推广应用。
发明内容
本发明旨在提供一种耐高温，具有较高强度，且制造成本低的多孔合金材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
本发明之多孔合金材料呈三维网状结构，其表面镀覆有镍钨合金，其中钨的质量占金属材料总质量的百分比不少于0.04％；所述镍钨合金镀覆量不少于50克/平米。
为使材料既具有良好性能，又降低生产成本，所述钨的质量占金属材料总质量的百分比优选0.045％～1.1％。
制备所述多孔合金材料的方法包括以下步骤：(1)采用公知的诱导共沉积电镀法或化学镀法在多孔金属基材表面镀覆Ni-W合金，所述多孔金属基材可选用目前各类常规普通泡沫金属材料，如泡沫镍、泡沫铁、泡沫铁镍合金、泡沫铜等；(2)在热处理炉中对镀覆镍钨合金后的多孔金属材料进行热处理，即得到表面被覆有镍钨合金的多孔合金材料。
所述诱导共沉积电镀法可采用下述电镀液：Ni2+浓度25～70g/L，WO4 2-浓度0.06～0.24mol/L，络合剂浓度10～100g/L，加入氨水20～80g/L，pH值2～4，Ni2+由可溶性镍盐提供，如硫酸镍、氯化镍等；WO4 2+由可溶性钨酸盐提供，如钨酸钠、钨酸钾等；络合剂采用可同时络合镍和钨的络合剂，如柠檬酸钠、EDTA等。电镀的其它工艺条件与现有电镀镍的条件相同，如电流密度可依据材料的尺寸大小及所用电源整流器的大小等实际情况，2～40A/dm2均可适用；而电镀时间则依据所需镀覆的合金量、电流密度、材料面积等，按法拉第定律公式计算确定；电镀液温度一般为35～70℃。
化学镀溶液为：Ni2+浓度2～7g/L，WO4 2-浓度0.03～0.24mol/L，络合剂浓度10～100g/L，加入氨水10～80g/L，pH值6～10，Ni2+由可溶性镍盐提供，如硫酸镍、氯化镍等；WO4 2-由可溶性钨酸盐提供，如钨酸钠、钨酸钾等；络合剂采用可同时络合镍和钨的络合剂，如柠檬酸钠、EDTA等。化学镀其它工序及工艺条件均与现有化学镀镍的工序及工艺相同，如化学镀液温度一般为35～70℃。
所述热处理的方法可在下述方式中选择一种：一是热处理炉中有可以还原金属的气氛，即向热处理炉中通入可以还原金属的气体，这种气体一般为包含还原气体氢气和保护气体的混合气体或是只有还原气体氢气；二是采用真空热处理方法；热处理温度可为300～1000℃，热处理时间的选择无特别限定，只需使材料表面具有金属光泽无氧化现象即可，一般而言，热处理时间为0.5～4小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：1、本发明多孔合金材料由于其表面覆有镍钨合金，使其具有良好耐高温氧化效果，实验表明，产品在900℃的高温下保温2h，其氧化增重率小于3％，且仍能保持良好的强度。因此非常适合用于汽车尾气净化装置；2、本发明采用诱导共沉积电镀法或化学镀法镀覆镍钨合金，相较于泡沫钨的涂浆工艺，操作简单，成本低，且钨的分布均匀。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例之多孔合金材料呈三维网状结构，基材为泡沫铁，其表面镀覆有镍钨合金，其中钨的质量占金属材料总质量的百分比为0.069％；所述镍钨合金镀覆量为50克/平米。
制备：在厚3mm、60PPI、面密度(单位面积上的金属量)500g/m2的泡沫铁基材的表面，采用诱导共沉积法电镀Ni-W合金，电镀液为：Ni2+浓度为50g/L，WO4 2-为0.12mol/L，柠檬酸钠60g/L，加入氨水30g/L，pH值为2.5，Ni2+由硫酸镍提供，WO4 2-由钨酸钠提供。电流密度为10A/dm2，温度为50℃，镀覆镍钨合金的量达到50g/m2后停止电镀。将电镀后的半成品置于热处理炉中，炉中通入氢气和氮气的混合气，热处理温度为500℃，时间为1小时。经上述工序所得多孔铁镍钨合金产品呈三维网状结构，整个产品金属总量为550g/m2，其中W占0.069％。
将上述得到的多孔铁镍钨合金产品与泡沫铁两种材料同时在马弗炉里900℃的高温下保温2h，前者的氧化增重率约为2.8％，小于3％，而后者则高达36.7％，且前者经高温氧化后仍能维持在处理前的强度水平，后者则基本无强度，轻触即碎。
实施例2
本实施例之多孔合金材料呈三维网状结构，基材为泡沫镍，其表面镀覆有镍钨合金，其中钨的质量占金属材料总质量的百分比为1.06％；所述镍钨合金镀覆量为130克/平米。
制备：在厚1.6mm、110PPI、面密度(单位面积上的金属量)420g/m2的泡沫镍基材的表面，采用诱导共沉积法电镀Ni W合金，电镀液为：Ni2+浓度为40g/L，WO4 2-为0.24mol/L，EDTA 30g/L，加入氨水50g/L，pH值为3，Ni2+由氯化镍提供，WO4 2-由钨酸钾提供。电流密度为20A/dm2，温度为40℃，镀覆镍钨合金的量达到130g/m2后停止电镀。将电镀后的半成品置于热处理炉中，炉中通入氢气和氮气的混合气，热处理温度为1000℃，时间为0.5小时。经上述工序所得多孔镍钨合金产品呈三维网状结构，整个产品金属总量为550g/m2，其中W约占1.06％。
将上述得到的多孔镍钨合金产品与泡沫镍两种材料同时在马弗炉里900℃的高温下保温2h，前者的氧化增重率约为1.8％，小于3％，而后者则高达12.5％，且前者经高温氧化后仍能维持在处理前的强度水平，后者强度已大大降低，基本无法测试。
实施例3
本实施例之多孔合金材料呈三维网状结构，基才为泡沫镍铁合金，其表面镀覆有镍钨合金，其中钨的质量占金属材料总质量的百分比为0.045％；所述镍钨合金镀覆量为300克/平米。
制备：在厚10mm、10PPI、面密度(单位面积上的金属量)1700g/m2的多孔镍铁合金基材的表面，采用诱导共沉积法电镀Ni-W合金，电镀液为：Ni2+浓度为60g/L，WO4 2-为0.18mol/L，柠檬酸钠100g/L，加入氨水80g/L，pH值为4，Ni2+由硫酸镍提供，WO4 2-由钨酸钾提供。电流密度为15A/dm2，温度为60℃，镀覆镍钨合金的量达到300g/m2后停止电镀。将电镀后的半成品置于真空热处理炉中，热处理温度为300℃，时间为4小时。经上述工序所得多孔铁镍钨合金产品呈三维网状结构，整个产品金属总量为2000g/m2，其中W占0.045％。
将上述得到的多孔铁镍钨合金产品与泡沫铁镍合金两种材料同时在马弗炉里900℃的高温下保温2h，前者的氧化增重率约为2.4％，小于3％，而后者则高达18.7％，且前者经高温氧化后仍能维持在处理前的强度水平，后者基本无强度，轻触即碎。
实施例4
本实施例之多孔合金材料呈三维网状结构，基材为泡沫铜，其表面镀覆有镍钨合金，其中钨的质量占金属材料总质量的百分比为0.15％；所述镍钨合金镀覆量为500克/平米。
制备：在厚10mm、40PPI、面密度4400g/m2的泡沫铜基材的表面，采用化学镀Ni W合金，化学镀液为：Ni2+浓度为5.6g/L，WO4 2-为0.12 mol/L，柠檬酸钠60g/L，加入氨水30g/L，pH值为8，Ni2+由硫酸镍提供，WO4 2-由钨酸钠提供。温度为45℃，镀覆镍钨合金的量达到500g/m2后停止。将化学镀后的半成品置于真空热处理炉中，热处理温度为300℃，时间为4小时。经上述工序所得多孔铁镍钨合金产品呈三维网状结构，整个产品金属总量为4900g/m2，其中W占0.15％。
将上述得到的多孔铜镍钨合金产品与泡沫铜合金两种材料同时在马弗炉里900℃的高温下保温2h，前者的氧化增重率约为1.9％，小于3％，而后者则高达25.7％，且前者经高温氧化后仍能维持在处理前的强度水平，后者基本无强度，轻触即碎。
实施例5
本实施例之多孔合金材料呈三维网状结构，基材为泡沫镍铁合金，其表面镀覆有镍钨合金，其中钨的质量占金属材料总质量的百分比为0.25％；所述镍钨合金镀覆量为800克/平米。
制备：在厚10mm、10PPI、面密度(单位面积上的金属量)1700g/m2的多孔镍铁合金基材的表面，采用化学镀Ni-W合金，化学镀液为：Ni2+浓度为7g/L，WO4 2-为0.24mol/L，柠檬酸钠100g/L，加入氨水80g/L，pH值为8，Ni2+由氯化镍提供，WO4 2-由钨酸钠提供。温度为70℃，镀覆镍钨合金的量达到800g/m2后停止。将化学镀后的半成品置于热处理炉中，炉中通入氢气和氮气的混合气，热处理温度为800℃，时间为1小时。经上述工序所得多孔铁镍钨合金产品呈三维网状结构，整个产品金属总量为2500g/m2，其中W占0.25％。
将上述得到的多孔铁镍钨合金产品与冲孔钢带两种材料同时在马弗炉里900℃的高温下保温2h，前者的氧化增重率约为2％，小于3％，而后者则高达18.7％，且前者经高温氧化后仍能维持在处理前的强度水平，后者基本无强度，轻触即碎。

Claims (10)

1.一种多孔合金材料，其特征在于：呈三维网状结构，在基底多孔金属材料的表面镀覆有镍钨合金，其中钨的质量占金属材料总质量的百分比不少于0.04％。
2.如权利要求1所述的多孔合金材料，其特征在于：所述镍钨合金的镀覆量不少于50克/平米。
3.如权利要求1或2所述的多孔合金材料，其特征在于：钨的质量占金属材料总质量的百分比为0.045％～1.1％。
4.一种权利要求1-3之一所述多孔合金材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)采用诱导共沉积电镀或者化学镀方法在多孔金属基材表面镀覆Ni-W合金；(2)在热处理炉中对镀覆镍钨合金后的多孔合金材料进行热处理。
5.如权利要求4所述多孔合金材料的制备方法，其特征在于：所述诱导共沉积电镀采用以下条件的电镀液：Ni2+浓度25～70g/L，WO4 2-浓度0.06～0.24mol/L，络合剂浓度10～100g/L，加入氨水20～80g/L，pH值24。
6.如权利要求4所述多孔合金材料的制备方法，其特征在于：所述化学镀溶液为：Ni2+浓度2～7g/L，WO4 2-浓度0.03～0.24mol/L，络合剂浓度10～100g/L，加入氨水10～80g/L，pH值6～10。
7.如权利要求46之一所述多孔合金材料的制备方法，其特征在于：热处理的方法选自下列方法中的一种：热处理炉中有可还原金属的气氛，或采用真空热处理方法。
8.如权利要求7所述多孔合金材料的制备方法，其特征在于：所述可还原金属的气氛为下述气体中的一种：还原气体氢气和保护气体的混合气体，或还原气体氢气。
9.如权利要求4-6之一所述的多孔合金材料的制备方法，其特征在于：所述热处理温度为300～1000℃。
10.如权利要求7所述的多孔合金材料的制备方法，其特征在于：所述热处理温度为300～1000℃。
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