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1、泡沫金属的介绍及制备,目录,1 引言,2. 电沉积法制泡沫镍,目录,3.固气共晶凝固法,引言,泡沫金属结构,胞状结构,三维网状结构,泡沫金属的用途,泡沫金属,（4)纳米孔隙非晶态泡沫金属,结合非晶态和泡沫金属的性能,粉末冶金法,熔体发泡法,激光烧结法,固气共晶凝固法,喷射沉积法,电沉积法,制备方法,电沉积法,原 理,聚氨酯泡沫塑料为基体预处理加导电层电化学沉积热处理，去聚合物多孔金属,泡沫镍(发泡镍)是一种孔隙率高、比表面积大，质轻，具有三维网状结构的金属材料,可做为镍-氢电池和镍-镉电池的电极基板,是二次电池的主要材料之一。,步骤：,聚合物泡沫,加导电层,电沉积,移除聚合物,导电层制备,由于
2、泡沫塑料不导电，不能直接进行电沉积，必须在电沉积前进行导电预处理，在泡沫表面附着一层均匀的金属层。,步骤：,粗化,利用化学法提高泡沫表面的微观粗糙度和均匀性,使其表面由疏水性变为亲水性,以提高镀层与基体的亲和力。,化学除油,除去骨架内外表面残留的微量油污，增加其亲水性,为了在非导体的塑料表面上，建立起以贵金属为核心的催化中心准备条件，以便在活化处理时把催化金属还原出来,敏化,敏化液,氯化亚锡、盐酸,反应条件,室温，10min,反应后,水洗，二价锡水解,在塑料表面形成薄层的碱式氯化亚锡的凝聚膜,使塑料的表面建立起化学镀时所需要的贵金属催化活性中心。,活化,用 甲醛作为还原剂是使银离子能充分地还原
3、成银。浸过银活化液的塑料表面，在活化后可直接浸渍还原液。,还原,脉冲电沉积沉积镍,化学镀镍是在钯催化作用下,溶液中硫酸镍与还原剂次亚磷酸钠发生氧化还原反应。泡沫模板经过化学镀镍后进行电镀加厚。,硫酸镍250 g/L,氯化镍40 g/L,硼酸40 g/L,十二烷基硫酸钠0.05 g/L,镀镍液,反应条件,发生反应,电流效率的影响,电流效率是电极上通过单位电量时，某一反应所形成之产物的实际质量与电化当量之比，即输入电解池的电量中实际用于沉积金属所占的百分数。,电流效率,难题,方案,在配置镀液时所选用的添加剂或络合剂应尽量不参与阴极电极反应，同时要创造条件，尽量使金属离子析出时不析出或少析出氢气。,
4、镍在阴极析出的电极反应（M 代表阴极非惰性杂质）：,方程式1越易进行，方程式2、3进行的越少，则阴极析出的镍越纯，发泡镍质量越好，电流效率及设备效率也越高。,某一离子在阴极上开始析出的难易，可以用平衡电位来判断：,后处理,热处理是连续化带状泡沫镍生产中最后一道工序，其目的是去除有机物，提高电镀镍层的柔韧性，分为先空气烧除而后还原烧结两步完成，还原气氛为氨分解气氛，即氮、氢混合气氛。还原温度800度。炉温不当会出现“起拱”的现象。,泡沫镍制备过程中各阶段样品基本上均保持了原泡沫模板的结构形貌,呈3维网络状均匀结构,组成泡沫镍的丝纵横交错。,不同电流密度下沉积层的XRD图谱,结果分析,结果分析,不
5、同电流密度下镍沉积层的磁滞回线,每条回线所围面积均很小,损耗低,其剩磁、矫顽力几乎为零,表现出超顺磁性。磁滞回线显示的磁导率与饱和磁化强度随着晶粒尺寸的增加而变大。这是因为晶粒平均粒径越小,存在于晶粒之间的晶界相对越多,对磁畴壁移动产生阻碍作用越大,磁导率越低。,固气共晶凝固法（GASAR）,介绍,GASAR,Gasar原理,气孔的大小、形貌、空间排列取决于熔体的气体含量、气压、化学成分、凝固速率和凝固方向。,通过不同的凝固条件制备的多孔结构,Gasar原理,GASAR凝固中气泡形核机制,区域1,区域2,区域3,气泡在凝固的金属中形成，但形核阻力大,气泡在凝固界面处同固相同时形成，气泡定向排列
6、于固相中,气泡在液相中形成，在熔体表面逸出,气泡的可能位置,Gasar凝固的匀质临界形核状态,气泡半径与体积吉布斯自由能的的变化,匀质形核,Gasar凝固的匀质临界形核状态,Gasar凝固的非均质形核,平界面上异质形核,平界面上异质形核,Gasar凝固的非均质形核,Gasar凝固的非均质形核,圆锥形凹坑内异质形核,在氧化物夹杂的表面一般都存在很多凹坑和裂纹。 当圆锥形凹坑非常狭小时，会产生较大的附加压力，气泡很难形核； 当圆锥形凹坑非常平坦时，气泡与基体的附着面小。都不能成为有效的异质形核位置,胚胎体积与圆锥顶角的关系,胚胎气泡体积越小，越容易形核,三种形核机制对比,Gasar凝固的金属 -
7、气体共晶生长区,共生生长：两相协同生长，具有共同的生长界面，依靠溶质原子在界面处沿两相的横向交互扩散，彼此为相邻对方提供生长所需的组元使两相等速前行，耦合生长，形成共生共晶组织。,当系统处于稳定的共生区内，才能保障共生生长的稳定进行。这是获得规则多孔结构和均匀的大小分布的前提。,需要过冷到一定温度,共生体两组元熔点相近，扩散能力相近。,共生体两组元熔点相差很大，低熔点组元生长速度较快。,Gasar凝固的金属 - 气体共晶生长区,Gasar是固-气共生系统，共生两相差别很大，使得二元相图很不对称，同时共晶点还受外界气压的影响，从而使共生区严重倾斜。所以，必须扩大共生区，提高共生区的对称性。,Ga
8、sar凝固的金属 - 气体共晶生长区,温度梯度越大，共生区越大；外界气压越大，共生区越大。,原因,高的温度梯度降低金属的枝晶生长速度，从而使稳定的共生区扩展。外界气压越大，饱和到熔体的氢气越多，溶解度增加，抑制了枝晶生长。,冷却速度不是越快越好，凝固时外界气压不是越大越好。冷却速度过高，会导致气体在凝固时来不及析出，气孔不能形成；凝固时外界气压过高，熔体中的氢不易聚集形成气孔。,参考文献,（1）Sarac.B;ketkaew.J.popnoe.DC;Schroers.J.Honeycomb Stucture of Bulk Metallic GlassesJ.advanced function
9、al material,2012.22.15; (2) Kranlin.Niklaus;Niederberger.Markus.Wet-chemical preparation of copper foam monoliths with tunable densities and complex macroscopic shapesJ.Advanced materialsmaterials,2012; (3)张华伟，李言祥，刘源。藕状规则多孔Cu气孔率的理论预测J.金属学报。2006.42(11); (4)Asararisithchai S,Kennddy A R .The role of o
10、xidation during compaction on the expansion a stability of Al foams made via RM routeJ.advanced Engneering Materials 2006.8(6) (5)王雪。金属-气体共晶定向凝固理论与实验研究博士论文.北京.清华大学.2008 (6)Berchem K,Mohr U,Bleck W.Controlling the degree of the pore opening of metal sponges,prepared by the infilitration preparation method J.Material Science and Engineering; (7)Banhart J .Manuture,characterization and application of cellular metals foamsJ.Progress in Materials Science.2001.46:559-632; (8)王志远.BP算法在泡沫金属复合材料研制中的应用J,谢谢！,