CN103950245A - 一种耐磨泡沫镍及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐磨泡沫镍，其特征在于所述的镍泡沫材料是由导电的碳泡沫基底、碳泡沫表面镍镀层和表面耐磨层所组成。表面耐磨层是由SiC-Ni复合镀层所构成，其中SiC的含量为1～5％，镀层厚度为0.1～0.8mm。提供一种镍泡沫的制备方法，包括下述顺序的步骤：制备碳泡沫并在镀液中充分浸渍5～30min；以碳泡沫为阴极，纯镍靶为阳极，接通交流电脉冲，在碳泡沫基底上沉积镍镀层；接着放入含有SiC纳米粉的镀液中，在泡沫镍表面沉积SiC、Ni晶粒；将泡沫镍取出，用蒸馏水冲洗干净并干燥，得到一种耐磨泡沫镍材料。制得的泡沫镍材料兼具碳材料和金属镍的优异性能，内部呈现多孔的泡沫结构，具有质量轻、比表面积大的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种泡沫材料及其制备方法，特别是涉及一种耐磨泡沫镍及其制备方法。
背景技术
泡沫金属是近三十多年发展起来的一种结构新颖、应用范围广的多功能新型材料。泡沫金属结构独特，因而具有一些特殊的性能，如孔隙率高(一般为50％～98％)、密度小、比表面积大、透流体性好、导热系数低、吸音减振力强等，在建筑、交通运输、化工、冶金、机械、电子、通信等领域中有广泛的应用前景。从70年代开始，各种泡沫金属的研制与开发倍受工业发达国家的注重，如日本、美国、英国等竞相开展了各种泡沫金属的研制工作并取得很大进展，一些泡沫金属在某些领域中得到应用，取得了非常好的综合效益。
泡沫镍是众多泡沫金属中重要的一种，一般采用电沉积法制备。用该方法制备的泡沫镍呈三维网状结构，所有孔隙都是连通的，孔隙率较高。它具有良好的透流体性能、吸音性能等，因而泡沫镍可用作金属过滤器、音响设备中的扬声器纸盒、脉冲电源等的电波屏蔽材料等。泡沫镍能提高电池的性能，应用较早；用泡沫镍增强铝合金活塞可大大提高活塞的使用寿命。此外，泡沫镍在化工设备中也有很好的应用前景。因此，开展泡沫镍的研制工作具有重要意义。
公开号为101109049中国发明专利公开了一种泡沫镍复合体及其制备方法。该复合体包括多层泡沫镍层，至少一层泡沫镍层的孔密度与其它层的孔密度不同。该泡沫镍复合体具有优异的抗拉强度、电极浆料填充率和集流效果，从而在电池制作过程中不易发生极片断裂，制得的电池容量高、内阻低且循环性能好。
2011年发表在《金属功能材料》的文献“泡沫镍的制备工艺条件和比表面积”中，北京师范大学的段翠云等以有机泡沫电沉积法为基础，探讨了几种具体工艺条件与所得泡沫镍产品比表面积的关系。结果发现，电镀后直接在850～980℃的氨分解气氛中烧结40min所得产品，与电镀后先在600℃的空气中烧结4min再进行还原烧结所得产品，具有相同的表面形态和比表面积。
目前，电沉积法制备高孔隙率泡沫镍的专利技术有很多，其产品主要用于作为Ni-MH和Ni-Cd电池的电极材料。现阶段电沉积制造多孔金属材料技术是致力于追求金属的沉积密度和孔隙率的均匀性，但这种材料无法承受较大电流的冲击，表面层容易磨损，易造成泡沫镍材料在使用过程中产生疲劳和断裂，从而影响到工程结构和器件的寿命与使用安全。
发明内容
本发明旨在克服多孔泡沫材料尤其是泡沫镍材料在使用过程中的表面磨损问题，提供一种耐磨泡沫镍及其制备方法。所述的泡沫镍是由导电的碳泡沫基底、碳泡沫表面镍镀层和表面耐磨层所组成。其中，碳泡沫基底是通过聚氨酯泡沫加热碳化而得到，具有开孔结构，孔的长宽比为0.6～1.6。碳泡沫表面镍镀层是通过交流脉冲电镀的方法获得，厚度为0.3～3μm。表面耐磨层是由致密的SiC-Ni复合镀层所构成，耐磨性能是纯镍镀的3～7倍；其中，复合镀层中的SiC含量为1～5％，镀层厚度为0.1～0.8mm。
本发明中，泡沫镍内部呈现出三维网络结构，由大小不一的不规则孔洞交错连接而成，具有大的比表面积，可填充相变、吸波等多种材料。该材料以碳泡沫为基底，利用电镀金属镍层完整地继承碳泡沫的表面结构，镍镀层既有效保护了碳材料，又在外观上形成了一种新的泡沫镍材料，同时，利用表面耐磨层大幅度提高材料整体的耐磨性能，延缓相关零件和工程结构件的使用寿命，是一种具有广泛发展前景的高性能多孔泡沫材料。
本发明所述的碳泡沫基底是通过聚氨酯泡沫加热碳化而得到，具体的工艺过程分两步进行：先在空气中、200～280℃下将聚氨酯泡沫加热；接着在惰性气氛中、700～900℃下碳化；从而制备得到碳泡沫。
本发明所述的碳泡沫表面镍镀层是通过电镀的方法获得，以制得的碳泡沫为阴极和基底，99.99％的纯镍靶为阳极，硫酸镍为主盐，其特征在于供电电源为交流脉冲电，并于电镀前将碳泡沫基底在镀液中充分浸渍5～30min。
本发明中的表面耐磨层是由致密的SiC-Ni复合镀层所构成，其特征在于其制备方法是在高浓度的镀镍溶液中加入适量的粒度为5～20nm的SiC纳米粉，通过磁力搅拌子的快速搅拌和直流稳压电源的高电流，在泡沫镍表面快速沉积SiC、Ni晶粒而得到。
本发明提供一种耐磨泡沫镍的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：
(1)加热、碳化聚氨酯泡沫制备碳泡沫；
(2)将制得的碳泡沫清洗干净，在镀液中充分浸渍5～30min；
(3)以碳泡沫为阴极，纯镍靶为阳极，接通交流电脉冲，在碳泡沫基底上沉积镍镀层，控制镀层厚度为0.3～3μm，得到泡沫镍材料；
(4)将上述泡沫镍放入高浓度的镀镍溶液中，并在镀液中加入适量的粒度为5～20nm的SiC纳米粉，通过磁力搅拌子的快速搅拌和直流稳压电源的高电流，在泡沫镍表面快速沉积SiC、Ni晶粒而得到SiC-Ni复合镀层；
(5)将阴极泡沫镍取出，用蒸馏水冲洗干净并干燥，得到一种耐磨泡沫镍材料。
本发明的主要优点是：①制得的泡沫镍材料兼具碳材料和金属镍的优异性能，内部呈现多孔的泡沫结构，具有质量轻、比表面积大的优点；②镀液中加入SiC纳米粉，制得的SiC-Ni复合镀层具有很好的耐磨性能，是纯镍的3～7倍，有效保护柔软的泡沫基体，减缓了材料的磨损，延长了使用寿命；③泡沫中可填充多种功能材料，有效提高反应速率和效果，如填充PCM相变材料，当高温热通过表层进入泡沫，泡沫因大的比表面积，填充其中的PCM可快速吸热；④采用电镀的制备方法，工艺简单，操作简便，成本低廉。
附图说明
图1为一种耐磨泡沫镍示意图。
图示10为表面耐磨层；20为以碳泡沫为基底的泡沫镍。
图2为耐磨泡沫镍的散热示意图。
图示11为进入材料的环境热量；12为表面耐磨层；13为泡沫镍。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
(1)制备碳泡沫：先在空气中、200℃下将聚氨酯泡沫加热；接着在惰性气氛中、900℃下碳化；从而制备得到碳泡沫。
(2)在碳泡沫上沉积镍：将制得的碳泡沫清洗干净，在镀液中充分浸渍5min；以制得的碳泡沫为阴极，99.99％的纯镍为阳极，硫酸镍为主盐，通过交流电脉冲，在碳泡沫表面沉积1μm的镍镀层，得到泡沫镍材料。
(3)表面耐磨层的制备：将上述泡沫镍放入高浓度的镀镍溶液中，并在镀液中加入适量的粒度为10nm的SiC纳米粉，通过磁力搅拌子的快速搅拌和直流稳压电源的高电流，在泡沫镍表面快速沉积SiC、Ni晶粒而得到SiC-Ni复合镀层，控制相关参数使镀层厚度为0.1mm。
(4)将表面具有复合镀层的泡沫镍取出，用蒸馏水冲洗干净并干燥，得到一种耐磨泡沫镍材料。
上述方法制得的镍泡沫材料，由导电的碳泡沫基底、碳泡沫表面镍镀层和表面耐磨层所组成。材料内部呈现三维网络结构，由大小不一的不规则开孔交错连接而成。
实施例2
(1)制备碳泡沫：先在空气中、260℃下将聚氨酯泡沫加热；接着在惰性气氛中、850℃下碳化；从而制备得到碳泡沫。
(2)在碳泡沫上沉积镍：将制得的碳泡沫清洗干净，在镀液中充分浸渍15min；以制得的碳泡沫为阴极，99.99％的纯镍为阳极，硫酸镍为主盐，通过交流电脉冲，在碳泡沫表面沉积2μm的镍镀层，得到泡沫镍材料。
(3)表面耐磨层的制备：将上述泡沫镍放入高浓度的镀镍溶液中，并在镀液中加入适量的粒度为20nm的SiC纳米粉，通过磁力搅拌子的快速搅拌和直流稳压电源的高电流，在泡沫镍表面快速沉积SiC、Ni晶粒而得到SiC-Ni复合镀层，控制相关参数使镀层厚度为0.5mm。
(4)将表面具有复合镀层的泡沫镍取出，用蒸馏水冲洗干净并干燥，得到一种耐磨泡沫镍材料。
上述方法制得的镍泡沫材料，由导电的碳泡沫基底、碳泡沫表面镍镀层和表面耐磨层所组成。材料内部呈现三维网络结构，田大小不一的不规则开孔交错连接而成。
上述仅为本发明两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种耐磨泡沫镍，其特征在于所述的镍泡沫材料是由导电的碳泡沫基底、碳泡沫表面镍镀层和表面耐磨层所组成。
2.根据权利要求1所述的泡沫镍，其特征在于材料内部呈现出三维网络结构，由大小不一的不规则孔洞交错连接而成，具有大的比表面积，可填充相变、吸波等多种材料。
3.根据权利要求1所述的泡沫镍材料，其特征在于所述的碳泡沫基底具有开孔结构，孔的长宽比为0.6～1.6。
4.根据权利要求1所述的泡沫镍，其特征在于所述的碳泡沫表面镍镀层厚度为0.3～3μm。
5.根据权利要求1所述的泡沫镍，其特征在于所述的表面耐磨层由SiC-Ni复合镀层所构成，镀层厚度为0.1～0.8mm。
6.根据权利要求1所述的泡沫镍，其特征在于所述的表面耐磨层中SiC的含量为1～5％，粒径为5～20nm。
7.一种耐磨泡沫镍的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：
(1)加热、碳化聚氨酯泡沫制备碳泡沫；
(2)将制得的碳泡沫清洗干净，在镀液中充分浸渍5～30min；
(3)以碳泡沫为阴极，纯镍靶为阳极，接通交流电脉冲，在碳泡沫基底上沉积镍镀层，控制镀层厚度为0.3～3μm，得到泡沫镍材料；
(4)将上述泡沫镍放入高浓度的镀镍溶液中，并在镀液中加入适量的粒度为5～20nm的SiC纳米粉，通过磁力搅拌子的快速搅拌和直流稳压电源的高电流，在泡沫镍表面快速沉积SiC、Ni晶粒而得到SiC-Ni复合镀层；
(5)将阴极泡沫镍取出，用蒸馏水冲洗干净并干燥，得到一种耐磨泡沫镍材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于碳泡沫基底是通过聚氨酯泡沫加热碳化而得到的，制备工艺分两步进行：先在空气中、200～280℃下将聚氨酯泡沫加热；接着在惰性气氛中、700～900℃下碳化；从而制备得到碳泡沫。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于碳泡沫表面镍镀层的供电电源为交流脉冲电，并于电镀前将碳泡沫基底在镀液中充分浸渍10～30min，以碳泡沫为阴极和基底，99.99％的纯镍靶为阳极，硫酸镍为主盐。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于表面复合镀层的制备方法是在高浓度的镀镍溶液中加入适量的SiC纳米粉，通过磁力搅拌子的快速搅拌和直流稳压电源的高电流，在泡沫镍表面快速沉积SiC、Ni晶粒而得到。
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