專利名稱:多孔泡沫金屬材料的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及泡沫金屬材料的制造，特別涉及一種多孔泡沫金屬材料的制造方法，以及一種用于實施該方法的制造設備。
背景技術：
近年來，各研究機構在材料學核心刊物和學術會議上發(fā)表的有關多孔金屬材料性能的研究論文與日俱增，這表明業(yè)界對多孔金屬性能的研究興趣越來越濃厚。
多孔泡沫金屬材料的一個特點是顯著擴大了金屬性能的范圍，這些性能包括各種物理性能、力學性能和熱學性能等，例如機械強度、阻熱耐熱性、導電性以及聲學降噪性能等(其等于材料實體的體積百分比ρ/ρS與熱流有效系數的乘積)。
多孔泡沫金屬材料的導熱性主要由其實體部分的導熱所決定，而氣體的作用、穿越氣孔的熱輻射、孔內的對流則起到有效的冷卻效果，因此可應用于需要實現熱交換、阻尼及過濾等功能的場合。該種材料的導電性的表現也與導熱性類似。
總之，多孔泡沫金屬材料的優(yōu)點是相對低的密度、合適的平臺應力水平、良好的耐熱性和阻燃性，因此，它們可用于交通、建筑、汽車、軍事、航空等工業(yè)，例如如機動車尾氣凈化催化劑、多孔金屬蜂窩載體、粉末冶金、熱交換、阻熱、電磁屏蔽等等。
多孔泡沫金屬材料可以利用各種工藝制造，例如包括但不限于電鍍、電鑄造、氧化、化學鍍、化學轉換膜處理、熱浸鍍、熱噴涂、涂料與涂裝、化學熱處理、堆焊、物理氣相沉積(PVD)、離子注入、化學氣相沉積(CVD)、電泳及靜電噴涂、熱燙印、沖擊鍍、超硬膜、激光表面處理等各種生產工藝，但是現有工藝的缺點是制造過程復雜，成本很高，而且不利于環(huán)保。

發(fā)明內容本發(fā)明的一個目的是提供一種多孔泡沫金屬材料的制造方法，其具有工藝簡單和成本低等優(yōu)點。
本發(fā)明的上述通過下列技術方案實現一種多孔泡沫金屬材料的制造方法，包含以下步驟在該基材表面形成一層導電層；利用電鍍工藝在該基材的導電層之上形成一層金屬或合金層；通過燒結處理去除該基材的發(fā)泡體聚合物，從而獲得一層多孔泡沫金屬層；以及對該多孔泡沫金屬層進行還原處理。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述發(fā)泡體聚合物為聚酯型、聚酯聚醚型或聚醚型聚氨酯泡沫體。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述發(fā)泡體聚合物的開孔率為80％～99％，PPI孔數為3～50個，密度為30±3公斤/立方米，厚度范圍為0.8～100mm。
優(yōu)選地，在上述方法中，在形成所述導電層之前先對所述基材進行去油酯處理。
優(yōu)選地，在上述方法中，通過在該發(fā)泡體聚合物基材表面涂覆一層納米級石墨導電涂料層并烘干來形成導電層。
優(yōu)選地，在上述方法中，通過下列工藝中的一種在該發(fā)泡體聚合物基材表面形成導電層化學鍍、電弧噴涂、電弧噴涂、線爆噴涂、等離子噴涂、真空蒸鍍、濺射鍍膜和離子鍍。
優(yōu)選地，在上述方法中，按照下列方式在所述導電層上形成所述金屬或合金層將多個陽極板和多個陰極板交替設置在電鍍槽內，所述基材固定于所述陰極板上，并且使所述陰極板相對于位于其兩側的所述陽極板作往復運動。
優(yōu)選地，在上述方法中，所述金屬包括Cu、Ag、Sn、Fe、Ni、Zn、Pb中的至少一種，所述合金包括鋅合金、鋅鐵合金、錫合金、錫鈷合金、銅合金、鎳合金、銅鎳合金、鐵鎳合金中的至少一種。
優(yōu)選地，在上述方法中，燒結處理在300℃～500℃下的空氣氣氛下進行，還原處理在700℃～980℃下的氫氣和氮氣氣氛下進行。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于多孔泡沫金屬材料的電鍍裝置，其具有工藝簡單、生產效率高和可方便加厚成品的鍍層厚度等優(yōu)點。
本發(fā)明的上述目的通過下列技術方案實現一種電鍍裝置，用于在由發(fā)泡體聚合物制成的基材的導電層之上形成一層金屬或合金層，包含一個主鍍槽；一個設置在所述主鍍槽敞口附近的回流槽；一個循環(huán)槽，一方面通過進液管路與所述主鍍槽的底部相連以將設定成份、配比、溫度和PH值的電鍍液送入所述主鍍槽，另一方面通過回流管路與所述回流槽相連以回收從所述主鍍槽敞口溢出的電鍍液；以及交替設置在主鍍槽內的多個陽極和多個陰極。
優(yōu)選地，在上述電鍍裝置中，所述陰極為一個由絕緣材料制成的框架，用于固定由發(fā)泡體聚合物制成的基材的周邊。
優(yōu)選地，在上述電鍍裝置中，所述陰極進一步包含一個由絕緣材料制成的屏蔽板，其與所述框架固定在一起以遮擋所述鍍件的部分表面。
優(yōu)選地，在上述裝置中，進一步包括一個設置于所述主鍍槽上方的滑動架，與所述框架的一個側邊相連并帶動所述框架相對于位于其兩側的所述陽極作往復運動。
本發(fā)明的有益效果包括(1)工藝簡單，大幅度降低了制造成本；(2)由于鍍件可以兩面同時電鍍，因此提高了生產效率；(3)由于可方便地使金屬或合金的鍍層加厚，因此提高了產品的性能，擴大其應用范圍。
附圖簡述以下借助附圖描述本發(fā)明的較佳實施方式，所示圖表僅是示意性的，并不構成對本發(fā)明保護范圍的任何限定。
圖1為按照本發(fā)明一個較佳實施例的電鍍裝置示意圖。
圖2為圖1所示電鍍裝置1的主鍍槽11的俯視圖，其示出了陽極與陰極的排列方式。
圖3為圖1所示電鍍裝置中滑動架懸臂與框架結合的示意圖。
具體實施方式以下描述按照本發(fā)明一個較佳實施例的多孔泡沫金屬材料的制造方法。
在本發(fā)明的制造方法中，選作基材的材料為發(fā)泡體聚合物，其幾何尺寸以及理化參數可根據實際情況選定或以仿形切割機(ContourCutting Machine)切出所需形狀。例如在本實施例中，可以采用諸如聚酯型、聚酯聚醚型或聚醚型聚氨酯泡沫體之類的發(fā)泡體聚合物作為基材材料，該基材的厚度在0.8～100mm之間(例如厚度為40mm)，長寬比為300mm×400mm，開孔率為80％～99％，PPI孔數為3～50個，密度為30±3公斤/立方米。
對于聚酯型、聚酯聚醚型或聚醚型聚氨酯泡沫體，需要進行去除油脂的處理。為此，在步驟中，將基材放入除油槽中的除油溶液進行浸泡一定的時間(例如10分鐘左右)，除油溶液中的除油劑可選用碳酸鈉(Na2CO3)或氫氧化鈉(NaOH)，溶液的PH值不宜過高(例如不超過8.5)，以免起不到除油的效果。比較好的是將溶液溫度控制在30～50℃之間。
在步驟2中，用純水沖洗浸泡過的基材以去除基材中包含的除油溶液，并用吸水材料(例如包括但不限于吸水泡棉)將基材中的水吸除干凈。
在步驟3中，將經過步驟2處理的基材表面涂覆一層納米級石墨導電涂料層，涂覆方式例如可以為，利用橡膠輥在基材表面反復碾壓導電涂料層，使得涂料沉積在基材的表面以形成導電膜層。
在步驟4中，對經過步驟3處理的基材進行烘干，烘干溫度和時間視基材材料而定，例如在本實施例中，可以先將在120～150℃的溫度下烘干，持續(xù)時間為若干分鐘，然后在50～90℃的溫度下烘干6～15小時。
值得指出的是，也可通過其它的工藝在上述基材表面形成導電膜層，這些工藝例如包括但不限于化學鍍、電弧噴涂、電弧噴涂、線爆噴涂、等離子噴涂、真空蒸鍍、濺射鍍膜和離子鍍等。
在步驟5中，可以利用電鍍工藝，在形成導電膜層的基材上電鍍所需的金屬或合金層。為了形成泡沫鎳金屬材料，電鍍液的主要成份及其配比為氨基磺酸鎳〔Ni(SO3NH2)2·4H2O〕300～450g/L，氯化鎳(NiCl2·6H2O)10～20g/L，硼酸(H3BO3)30～45g/L；添加劑包括無水硫酸鈉(Na2SO4)0.5～15g/L，糖精0.8～1.0g/L，十二烷基硫酸鈉(C12H25SO4Na)0.05～1g/L。電鍍液的pH值可控制在3.8～4.8的范圍內，電鍍液的溫度控制在40℃～55℃之間，陰極電流密度例如可以取為0.8～1.5A·dm-1，陽極采用金屬鎳板或含硫鎳球的形式。
為了形成泡沫銅金屬材料，電鍍液可采用焦磷酸鹽鍍銅溶液，具體而言，電鍍液以焦磷酸鉀(K4P2O7.3H2O)為主絡合劑，主要成分包括焦磷酸銅(Cu2P2O7)、焦磷酸鉀(K4P2O7.3H2O)、硝酸鹽(NH4NO3)、氨水(NH4OH)等，其中，焦磷酸銅(Cu2P2O7)、焦磷酸鉀(K4P2O7.3H2O)、檸檬酸和氨水的用量分別為60～70g/L、300～320g/L、20～25g/L和2～3ml/L，電鍍液的PH值控制在8～9的范圍內，溫度控制在40～45℃范圍內，電流密度為0.8～1.2A/dm2，陽極采用電解銅板制成的陽極板。
在步驟5的電鍍處理中，為了提高生產效率并且使形成于石墨導電層上的金屬或合金層能夠達到更大的厚度，可以將多個陽極和多個陰極以圖2所示的方式交替設置在電鍍槽內，使得每個陰極的前后兩側都面對陽極。此外，基材被固定于陰極上，并且使陰極相對于位于其前后兩側的陽極作往復運動。
值得指出的是，上面雖然以鎳和銅為例描述了電鍍處理過程，但是本發(fā)明中電鍍的金屬或合金并不局限于上述情形，還包括但不限于銅、銀、金、錫、鐵、鎳、鋅、鉛、鎘、鋅合金、鋅鐵合金、錫合金、錫鈷合金、銅合金、鎳合金、銅鎳合金、鐵鎳合金和鉬合金等。
對于本領域內的技術人員來說，只需對電鍍工藝進行相應的調整(例如改變電鍍溶液和陽極金屬)即可制造出其它金屬或合金的泡沫金屬材料，此處不再一一舉例說明。
在步驟6中，通過燒結處理使得發(fā)泡體聚合物完全揮發(fā)，從而獲得一層多孔泡沫金屬。燒結處理立場可在300℃～600℃下的空氣氣氛下進行。
優(yōu)選地，在步驟6的燒結處理之前，將電鍍處理后的基材進行酸洗，然后再烘干。
在步驟7中，對燒結后的多孔泡沫金屬進行還原處理。還原處理例如可在700℃～1000℃下的氫氣和氮氣氣氛下進行。
以下借助附圖按照本發(fā)明另一個實施例的電鍍裝置。
圖1為按照本發(fā)明一個較佳實施例的電鍍裝置示意圖。
參見圖1，電鍍裝置1包括主鍍槽11、回流槽12、循環(huán)槽13、回流管路14和進液管路15。
為回收從主鍍槽1敞口溢出的電鍍液，回流槽12圍繞主鍍槽11的敞口設置并且密封固定于主鍍槽11敞口附近的外壁上。回流槽12的下方開設有通往循環(huán)槽13的出口，以使電鍍液能夠保持不斷循環(huán)。
循環(huán)槽13分別通過回流管路14和進液管路15與回流槽12和主鍍槽11連通。優(yōu)選地，循環(huán)槽13的進口設置為低于回流槽12出口，因此回流槽12內回收的電鍍液依靠重力即可自流入循環(huán)槽13，與此同時，在主鍍槽11下部設置進口，因此來自循環(huán)槽13的電鍍液從主鍍槽11下部進入并向上和旁邊流動，從而與原有的電鍍液實現充分的混合和熱交換，并使原有的電鍍液溢出到回收槽2。由于循環(huán)槽3的出口低于主鍍槽11的進口111，因此在進液管路15內設置一個過濾機151，通過調整過濾機的電鍍液抽取速度來調節(jié)主鍍槽1的液位。在循環(huán)槽13的底部還設置有加熱管道和冷卻管道(未畫出)，以將電鍍液的溫度控制在所需的范圍內。此外，還可以通過改變循環(huán)槽13內的電鍍液的成份、配比和PH值來調節(jié)主鍍槽1內電鍍液的成份、配比和PH值。
優(yōu)選地，在主鍍槽11內還設置有甩干機(未畫出)，因此當鍍件完成電鍍后用甩干機脫干基材內的電鍍液以節(jié)省生產成本。
由上可見，按照本發(fā)明的實施例，通過采用主鍍槽11、回流槽12和循環(huán)槽13的組合來保持主鍍槽11內液位的平穩(wěn)，并且借助循環(huán)槽13來調節(jié)電鍍液的溫度、PH值和成份和配比等，從而使基材上的金屬或合金層具有良好的結晶度和均勻性。
圖2為圖1所示電鍍裝置1的主鍍槽11的俯視圖，其示出了陽極與陰極的排列方式。如圖2所示，在主鍍槽11內，陽極112a～112c與陰極113a和113b交替設置，使得每個陰極的前后表面都面對一個陽極。陽極112a～112c與電源(未畫出)的正極相連，其例如可以是由所鍍金屬或合金的材料制成的金屬板，在另一種可選方式中，陽極也可采用導電鈦籃的形式，其中，將所鍍金屬塊或條置于該導電鈦籃內。
鍍件(這里為已經形成導電膜層的發(fā)泡體聚合物基材)應設置于陰極113a和113b附近，在一種可選方式下，陰極113a和113b可采用圖3所示的框架結構。參見圖3，該框架31的框體312可固定住基材或鍍件33的周邊，此外，在框架內還設置有導電金屬棒(未畫出)作為陰極導線，從而可將容納在框架內的鍍件與電源的負極相連。優(yōu)選地，框架由絕緣材料制成，以避免在框架上形成所鍍金屬或合金。
在圖2所示的電鍍裝置1中，由于每個陰極的兩個面都面對陽極，因此可以加快電鍍速度或提高電鍍層的厚度和均勻度。此外，為了進一步提高電鍍厚度和均勻度，還可在主鍍槽11上方設置一個滑動架114a和114b，分別用于帶動陰極113a和113b沿圖2中箭頭所示方向運動。
圖3示出了作為陰極的框架與滑動架的連接結構，如圖3所示，框架31的上側邊形成有掛鉤311從而可將整個框架31懸掛在圖2所示滑動架113a或113b的懸臂32上，這樣，當滑動架沿圖2中箭頭所示方向運動時，鍍件33將隨滑動架一起相對于鍍件前后兩側的陽極作往復運動。
在鍍件33的表面可以覆蓋具有一定圖案的屏蔽板34，其由絕緣材料制成并且形狀例如可以是圖3所示的十字架形。參見圖3，屏蔽板34將鍍件33的表面分為4個小區(qū)域，當開始電鍍時，這種方式有利于在鍍件表面盡快形成穩(wěn)定的電鍍金屬層。當經過一段時間后，屏蔽板34即被移去，此時原先被屏蔽板遮擋的表面部分也開始形成金屬層。屏蔽板34的十字架端部延伸至框架31的側面，從而可固定在鍍件33的表面。值得指出的是，屏蔽板的形狀并不局限于十字架形，還可以采用其它形狀，只要能夠將鍍件表面劃分為若干區(qū)域即可。
按照本發(fā)明方法制成的多孔泡沫金屬的應用范圍包括但不限于高彎曲剛度的輕量機構件、輕量機構的沖擊能量吸收、熱穩(wěn)定性/阻燃性的附加要求、吸聲和機械阻尼的輕量機構、熱交換器、催化載體、過濾器的開口機構、多功能性和物理性能的開發(fā)應用、輕量化應用(交通、變速機械和體育)、航空應用、小規(guī)格軌道交通、公共交通及車輛、用于露天、隧道和室內的吸音墻體材料以及具有自潔功能的墻體材料等。
以上借助具體實施例對本發(fā)明作了描述，但是應當理解的是，對于本領域內的普通技術人員而言，在閱讀上述說明書描述的基礎上，無需創(chuàng)造性的勞動即可在不偏離本發(fā)明精神和實質的前提下，就上述實例作出各種變化和修改，因此本發(fā)明的保護范圍由所附權利要求
限定。
權利要求
1.一種多孔泡沫金屬材料的制造方法，其特征在于，包含以下步驟在由發(fā)泡體聚合物制成的基材表面形成一層導電層；利用電鍍工藝在該基材的導電層之上形成一層金屬或合金層；通過燒結處理去除該基材的發(fā)泡體聚合物，從而獲得一層多孔泡沫金屬層；以及對該多孔泡沫金屬層進行還原處理。
2.根據權利要求
1所述的方法，其中，所述發(fā)泡體聚合物為聚酯型、聚酯聚醚型或聚醚型聚氨酯泡沫體。
3.根據權利要求
1所述的方法，所述發(fā)泡體聚合物的開孔率為80％～99％，PPI孔數為3～50個，密度為30±3公斤/立方米，厚度范圍為0.8～100mm。
4.根據權利要求
1-3中任意一項所述的方法，在形成所述導電層之前先對所述基材進行去油脂處理。
5.根據權利要求
1-3中任意一項所述的方法，其中，通過在該發(fā)泡體聚合物基材表面涂覆一層納米級石墨導電涂料層并烘干來形成導電層。
6.根據權利要求
1-3中任意一項所述的方法，其中，通過下列工藝中的一種在該發(fā)泡體聚合物基材表面形成導電層化學鍍、電弧噴涂、電弧噴涂、線爆噴涂、等離子噴涂、真空蒸鍍、濺射鍍膜和離子鍍。
7.根據權利要求
1-3中任意一項所述的方法，其中，按照下列方式在所述導電層上形成所述金屬或合金層將多個陽極和多個陰極交替設置在電鍍槽內，所述基材固定于所述陰極上，并且使所述陰極相對于位于其兩側的所述陽極作往復運動。
8.根據權利要求
7所述的方法，其中，所述金屬包括銅、銀、金、錫、鐵、鎳、鋅、鉛和鎘中的至少一種，所述合金包括鋅合金、鋅鐵合金、錫合金、錫鈷合金、銅合金、鎳合金、銅鎳合金、鐵鎳合金和鉬合金中的至少一種。
9.根據權利要求
1-3中任意一項所述的方法，其中，燒結處理在300℃～500℃下的空氣氣氛下進行，還原處理在700℃～980℃下的氫氣和氮氣氣氛下進行。
10.一種電鍍裝置，用于在由發(fā)泡體聚合物制成的基材的導電層之上形成一層金屬或合金層，包含一個主鍍槽；一個設置在所述主鍍槽敞口附近的回流槽；一個循環(huán)槽，一方面通過進液管路與所述主鍍槽的底部相連以將設定成份、配比、溫度和PH值的電鍍液送入所述主鍍槽，另一方面通過回流管路與所述回流槽相連以回收從所述主鍍槽敞口溢出的電鍍液；以及交替設置在主鍍槽內的多個陽極和多個陰極。
11.根據權利要求
10所述的電鍍裝置，其中，所述陰極為一個由絕緣材料制成的框架，用于固定由發(fā)泡體聚合物制成的基材的周邊。
12.如權利要求
11所述的電鍍裝置，其中，所述陰極進一步包含一個由絕緣材料制成的屏蔽板，其與所述框架固定在一起以遮擋所述鍍件的部分表面。
13.根據權利要求
11所述的裝置，其中，進一步包括一個設置于所述主鍍槽上方的滑動架，與所述框架的一個側邊相連并帶動所述框架相對于位于其兩側的所述陽極作往復運動。
專利摘要
本發(fā)明提供一種多孔泡沫金屬材料的制造方法，該方法包含以下步驟在該基材表面形成一層導電層；利用電鍍工藝在該基材的導電層之上形成一層金屬或合金層；通過燒結處理去除該基材的發(fā)泡體聚合物，從而獲得一層多孔泡沫金屬層；以及對該多孔泡沫金屬層進行還原處理。本發(fā)明的有益效果包括(1)工藝簡單，大幅度降低了制造成本；(2)由于鍍件可以兩面同時電鍍，因此提高了生產效率；(3)由于可方便地使金屬或合金的鍍層加厚，因此提高了產品的性能，擴大其應用范圍。
文檔編號C25D1/00GK1995470SQ200610168979
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月15日
發(fā)明者薛攀霆 申請人:七二國際股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan