專利名稱：：泡沫鐵鎳復合金屬材料及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種多孔金屬材料及其制備方法，具體涉及-種泡沫鐵鎳復合金屬材料及其制備方法。
背景技術：
：泡沫鎳不僅是二次電池的電極正極基板材料，而且還應用于吸音、過濾、電磁屏蔽等領域。但對于泡沫鎳材料而言，由于大量使用金屬鎳，鎳的成本占其制造成本的80%以上。目前鎳資源日益貧乏，鎳的價格飛漲，2005年約8萬元/噸，現(xiàn)在已逼近40萬元/噸，漲了近5倍。為降低生產(chǎn)成本，人們iH在努力尋求其他廉價泡沫金屬材料取代泡沫鎳，如泡沫鐵、泡沫鐵基復合材料等。但純泡沫鐵材料由于其鍍層張應力很大，容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，且其耐腐蝕性能和耐氧化性能差，不利于工業(yè)上長時間保存、運輸和使用，因而其無法規(guī)模化應用。泡沫鐵基復合材料是在鐵基體層上覆鎳而制備得到的材料，由T鐵和鎳兩種金屬的物理性能差別較大，在兩個不同的金屬鍍層之間存在較大應力，因此在電鍍過程中鍍層容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；并且由于金屬鎳層無法完整覆蓋基層鐵金屬層，鎳鐵形成微原電池，加速了材料的腐蝕，這也使其無法規(guī)模化應用。本申請人在此前申請的專利"可巻繞多孔鐵鎳合金材料"(申請?zhí)?00410022872.4)中公開了一種多孔鐵鎳合金材料及其制備方法，雖然已克服了上述兩種材料的缺陷，但鎳仍占到材料總質量的3050%，鎳的使用量仍較大。
發(fā)明內容本發(fā)明旨在提供一種鎳使用量低、制造成本低、耐腐蝕性強的泡沫鐵鎳復合金屬材料及其制備方法。本發(fā)明之泡沫鐵鎳復合金屬材料，呈三維或二維網(wǎng)狀結構，由金屬鐵和鎳的合金構成基層，在合金基層之上以金屬鎳層作為防護層，金屬鎳占復合金屬材料總質量的5%29%，余量為鐵。本發(fā)明之泡沫鐵鎳復合金屬材料的制備方法包括非金屬基材的導電化一電鍍鐵鎳合金一形成鎳防護層一熱處理四個步驟，其特征在于，采用一歩電鍍同時沉積金屬鎳和鐵以形成鐵鎳合金基層，電鍍溶液采用NiSO廠FeCl,合金電鍍體系，電鍍液中Ni2+和F^+的總濃度為4580g/L，肌2+質量濃度與Fe力質量濃度之比為O.53.0。所述非金屬基材可選用以下所述有機多孔基材中的一種聚氨酯海綿、無紡布、棉布、纖維布、化纖織物或纖維網(wǎng)。對待鍍非金屬基材導電化可從現(xiàn)有技術中任選一種，這些技術非限制性地包括化學鍍鎳、真空鍍鎳以及涂覆導電粒子等;導電化后的非金屬基材在整體電鍍槽中一步完成鎳鐵合金電鍍以形成鐵鎳合金基層，電鍍溶液采用NiSO廠FeCL合金電鍍體系，鍍液中Ni2—和Fe"的總濃度為4580g/L，Ni"'與Fe力的質量濃度之比為0.53.0，糖精的濃度為36g/L，溫度為4060。C，控制電流密度在815A/dm2，為提高電鍍質量還可選擇使用常規(guī)的鐵絡合劑如檸檬酸、酒石酸鉀鈉等，為防止亞鐵離子氧化可選擇添加還原劑，如維生素C、碘化鉀等；鍍覆時間由所要求的金屬鍍覆總量及電流密度來確定；之后再采用電鍍鎳、化學鍍鎳、物理氣相沉積鎳工藝中的-一種或多種工藝結合，在基層合金層上形成鎳防護層，依據(jù)第二步中已鍍覆的合金總量、所需的最后金屬總量、鎳與鐵的質量比，控制上鎳量；最后在氫氣還原氣氛中進行熱處理，溫度為900110CTC，以去除非金屬基材，得到泡沫鐵鎳復合金屬材料成品，鎳量占到成品復合金屬材料的5%29%。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢1.產(chǎn)品耐腐蝕性能優(yōu)良。分別將大小為10cmX10cm、鍍覆金屬量為420g/m2的泡沫鐵、本發(fā)明的泡沫鐵鎳復合金屬材料、專利申請200410022872.4中的多孔鐵鎳合金以及泡沫鎳同時置于常溫常壓下相同的自然室內環(huán)境中，考察其自然銹蝕的程度，結果如表l:表l不同多孔金屬材料自然銹蝕程度<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表1中可看出本發(fā)明的泡沬鐵鎳復合金屬材料的耐腐蝕性能明顯優(yōu)于多孔鐵，而與多孔鐵鎳合金和泡沫鎳的耐蝕性能相當；本發(fā)明由于在電鍍過程中鎳和鐵形成共沉積，以合金形式同時鍍覆在多孔基材表面，再在該層合金層上覆蓋防護鎳層，可大大提高耐腐蝕的程度。2.鎳使用量低，制造成本低。本發(fā)明的泡沫鐵鎳復合金屬材料7095%的有色金屬鎳被普通金屬鐵替代，在各項性能基本滿足要求的條件下，大大降低了鎳的使用量，在鎳價持續(xù)飛漲的今天，材料的制造成本也大幅降低，具有很強的市場競爭優(yōu)勢，也為使用該材料的下游產(chǎn)品給予了強火的技術支撐。具體實施方式實施例1本實施例產(chǎn)品呈三維網(wǎng)狀結構，鍍覆金屬量為410g/m2，產(chǎn)品中鎳的質量百分比為5%，余量為鐵；產(chǎn)品的孔數(shù)為110PPI，孔隙率>95%。制備首先采用常規(guī)化學鍍鎳工藝對聚氨酯海綿基材導電化，再將導電化后的基材在整體電鍍槽中一步電鍍鐵鎳合金，采用NiS0廠FeCL合金電鍍體系，電鍍液中Ni2'和Fe"的總濃度為45g/L，Ni"農(nóng)度與Fe"農(nóng)度之比為0.5，還原劑維生素C濃度為0.5g/L，糖精濃度為3g/L，溫度為5(TC，電流密度為1000A/W，鍍覆單位時間為24min/m2，鍍覆的合金質量為400g/m、再將經(jīng)過合金電鍍后的半成品浸入瓦特電鍍鎳溶液中，采用常規(guī)瓦特電鍍鎳的工藝，在合金基層再電鍍覆鎳，上鎳量為10g/m2;最后在氫氣還原氣氛中，對經(jīng)過上述工藝得到的半成品熱處理，熱處理溫度為IOO(TC，去除海綿基材，得成品泡沫鐵鎳復合金屬材料。實施例2本實施例產(chǎn)品呈三維網(wǎng)狀結構，鍍覆金屬量為440g/W，產(chǎn)品中鎳的質量百分比為12%，余量為鐵；產(chǎn)品的孔隙率>85%。制備首先采用常規(guī)真空鍍鎳工藝對纖維網(wǎng)基材導電化，再將導電化后的基材在整體電鍍槽中--歩電鍍鐵鎳合金，電鍍液中Ni"和Fe"的總濃度為60g/L，Ni"濃度與Fe"濃度之比為2.0，絡合劑檸檬酸濃度為18g/L，糖精濃度為3g/L，溫度為5CTC，電流密度為500A/m2，鍍覆單位時間為48min/m、鍍覆的合金質量為400g/m2;再將經(jīng)過合金電鍍后的半成品浸入瓦特電鍍鎳溶液中，采用常規(guī)瓦特電鍍鎳的工藝，在合金基層再電鍍覆鎳，上鎳量為40g/m、最后在氫氣還原氣氛中，對經(jīng)過上述工藝得到的半成品熱處理，熱處理溫度為90(TC，去除纖維網(wǎng)基材，得成品泡沫鐵鎳復合金屬材料。實施例3本實施例產(chǎn)品呈二維網(wǎng)狀結構，鍍覆金屬量為310g/m2，產(chǎn)品中鎳的質量百分比為29%，余量為鐵；產(chǎn)品孔隙率>80%。制備首先采用常規(guī)涂覆導電粒子工藝對無紡布基材導電化，再將導電化后的基材在整體電鍍槽中一步電鍍鐵鎳合金，采用NiSO廠FeCl,合金電鍍體系，電鍍液中Nr"和Fe"的總濃度在85g/L，Ni"農(nóng)度與Fe"農(nóng)度之比在3.0，絡合劑酒石酸鉀鈉濃度為15g/L，糖精濃度為3g/L，溫度為5(TC，電流密度為500A/m、鍍覆單位時間為35min/m2，鍍覆的合金質量為300g/m2;再將經(jīng)過合金電鍍后的半成品浸入化學鍍鎳溶液中，采用化學鍍鎳的工藝，在合金基層再鍍覆鎳，上鎳量為10g/V;最后在氫氣還原氣氛中，對經(jīng)過上述工藝得到的半成品熱處理，熱處理溫度為95(TC，以去除無紡布基材，得到最后的泡沫鐵鎳復合金屬材料。實施例4本實施例產(chǎn)品呈三維網(wǎng)狀結構，鍍覆金屬量為270g/W，產(chǎn)品中鎳的質量t'l分比為21%，余量為鐵；產(chǎn)品的孔隙率》80%。制備首先采用常規(guī)真空鍍鎳工藝對棉布基材導電化，再將導電化后的基材在整體電鍍槽中一步電鍍鐵鎳合金，采用NiSO廠FeCL合金電鍍體系，電鍍液中Ni"和F,的總濃度在55g/L，Ni"農(nóng)度與Fe"農(nóng)度之比在1.5，糖精濃度為0.5g/L，溫度為5(TC，電流密度為1500A/m2，鍍覆單位時間為8min/m2，鍍覆的合金質量為250g/m2;再將經(jīng)過合金電鍍后的半成品浸入瓦特電鍍鎳溶液中，釆川常規(guī)瓦特電鍍鎳的工藝，在合金基層再電鍍覆鎳，上鎳量為20gM最后在氫氣還原氣氛中，對經(jīng)過上述工藝得到的半成品熱處理，熱處理溫度為920'C，以去除棉布基材，得到最后的泡沫鐵鎳復合金屬材料。權利要求1.一種泡沫鐵鎳復合金屬材料，其特征在于結構呈三維或二維網(wǎng)狀，由金屬鐵和鎳的合金構成基層，在合金基層之上是作為防護層的金屬鎳層，金屬鎳占復合金屬材料總質量的5％~29％，余量為鐵。2.如權利要求1所述的泡沫鐵鎳復合金屬材料的制備方法，包括非金屬基材的導電化一電鍍鐵鎳合金一形成鎳防護層一熱處理四個步驟，其特征在于采用一歩電鍍同時沉積金屬鎳和鐵以形成鐵鎳合金基層，電鍍溶液采州NiS0.,-FeCL合金電鍍體系，電鍍液中Ni"和Fe"的總濃度為45g/L80g/L，Ni"質量濃度與Fe2+質量濃度之比為0.53.0，糖精的濃度為3~6g/L，溫度為40°C60°C，控制電流密度在8A/dm215A/dm2。3.如權利要求2所述的泡沫鐵鎳復合金屬材料的制備方法，其特征在于所述非金屬基材選自以下所述有機多孔基材中的一種聚氨酯海綿、無紡布、棉布、纖維布、化纖織物或纖維網(wǎng)。4.如權利要求2所述的泡沫鐵鎳復合金屬材料的制備方法，其特征在于所述形成鎳防護層步驟的工藝采用電鍍鎳、化學鍍鎳或物理氣相沉積鎳中的一種或多種工藝。全文摘要本發(fā)明公開了一種泡沫鐵鎳復合金屬材料及其制備方法，所述泡沫鐵鎳復合金屬材料結構呈三維或二維網(wǎng)狀，由金屬鐵和鎳的合金構成基層，在合金基層之上是作為防護層的金屬鎳層，金屬鎳占復合金屬材料總質量的5％~29％，余量為鐵。其制備方法是采用鐵鎳合金電鍍在導電化多孔基材上鍍覆鐵鎳合金基層，再在基層上鍍覆形成鎳金屬層，最后經(jīng)高溫熱處理形成鐵鎳梯度功能防護層。本發(fā)明降低了鎳的使用量，可有效降低成本，使之可替代多孔鎳材料而應用于電池基板、電磁屏蔽、吸音、過濾等領域。文檔編號C23C18/00GK101265549SQ200710034548公開日2008年9月17日申請日期2007年3月16日優(yōu)先權日2007年3月16日發(fā)明者周小平,張聚東,蔣素斌,賀持緩,鐘發(fā)平,陶維正申請人:長沙力元新材料股份有限公司