利用混合氣體制備多孔金屬的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔金屬的制備方法，具體涉及一種在高溫條件下利用混合氣體獲得多孔金屬的簡便方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔金屬由金屬骨架及內(nèi)部的孔隙所組成，具有金屬材料的可焊性等基本的金屬屬性。相對于致密金屬材料，多孔金屬的顯著特征是其內(nèi)部具有大量的孔隙。而大量的內(nèi)部孔隙又使多孔金屬材料具有諸多優(yōu)異的特性，如比重小、比表面大、能量吸收性好、導(dǎo)熱率低(閉孔體)、換熱散熱能力高(通孔體)、吸聲性好(通孔體)、滲透性優(yōu)(通孔體)、電磁波吸收性好(通孔體)、阻焰、耐熱耐火、抗熱震、氣敏(一些多孔金屬對某些氣體十分敏感)、能再生、加工性好等等。多孔有機高分子材料強度低且不耐高溫，多孔陶瓷則質(zhì)脆且不抗熱震，因此，多孔金屬材料被廣泛應(yīng)用于航空航天、電化學(xué)、催化、石油化工、冶金、機械、醫(yī)用材料、建筑等行業(yè)的分離、過濾、布?xì)狻⑾?、吸震、屏蔽、熱交換等工藝過程中，制作過濾器、催化劑及催化劑載體、多孔電極、能量吸收器、消音器、減震緩沖器、電磁屏蔽器件、電磁兼容器件、換熱器和阻燃器，等等。還可制作多種的復(fù)合材料和填充材料。多孔金屬既可作為許多場合的功能材料，也可作為一些場合的結(jié)構(gòu)材料，而一般情況下它兼有功能和結(jié)構(gòu)雙重作用，是一種性能優(yōu)異的多用工程材料。
[0003]為了制備各種不同性能的多孔金屬材料，各種方法已經(jīng)被相繼提出，目前制備多孔金屬材料的主要方法有以下三類:液相法、粉末燒結(jié)法和沉積法。液相法包括的種類比較多，其優(yōu)點是較易制備大塊的多孔金屬和產(chǎn)品易商業(yè)化，如熔融金屬發(fā)泡法、顆粒滲流鑄造法、精密鑄造法和金屬空心球鑄造法等幾種;粉末冶金法主要包括粉末燒結(jié)發(fā)泡法、燒結(jié)_脫溶法、松散粉末燒結(jié)法、中空球燒結(jié)法等;沉積法主要包括金屬氣相蒸發(fā)沉積法、原子濺射沉積法和電化學(xué)沉積法三種。但這些方法無一例外的，都是在材料的制備過程中利用物理、化學(xué)的方法實現(xiàn)了金屬材料上各種孔隙的形成，也存在著各種各樣的缺點。例如熔融金屬發(fā)泡法一般只適用于低熔點的金屬多孔材料的制備，且存在生產(chǎn)過程中氣泡分布不均勻?qū)е戮植繗馀莩叽邕^大，使最終材料出現(xiàn)加工性能差、脆性較大等缺陷；粉末燒結(jié)成本較高;沉淀法整個過程中操作條件要求嚴(yán)格，沉積速度慢、投資大等缺點。目前積極開發(fā)出新的高效、快速的制備技術(shù)，實現(xiàn)小孔徑、高空隙率的金屬材料的制備依然是目前多孔金屬材料發(fā)展的一個重要方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有制備微納米多孔金屬工藝主要集中在金屬材料初始形成過程，方法復(fù)雜，嚴(yán)重依賴于模板，對生產(chǎn)設(shè)備要求較高的問題，而提供一種利用混合氣體直接在已制備好的金屬材料表面，原位制備多孔結(jié)構(gòu)的方法。
[0005]本發(fā)明利用混合氣體制備多孔金屬材料的方法按下列步驟實現(xiàn):
[0006]—、將金屬材料或泡沫金屬材料先用丙酮超聲清洗，然后依次使用無水乙醇和去離子水清洗干凈，晾干后得到清洗后的金屬；
[0007]二、將步驟一得到的清洗后的金屬放置在耐高溫承載體內(nèi)，在惰性氣體的保護下升溫到550?850°C，然后將燃料氣體和氧化氣體組成的混合氣體通入到放置有金屬的承載體內(nèi)，使金屬暴露在混合氣體中進行多孔化處理，完成多孔金屬材料的制備；
[0008]其中步驟二所述的燃料氣體為氫氣、一氧化碳、C1-C4的碳?xì)浠衔铩⒄託?、天然氣、液化石油氣、焦?fàn)t氣、水煤氣、石油氣中的一種或多種的混合氣體。
[0009]本發(fā)明中燃料氣體(還原性)和氧氣在高溫的情況下首先在金屬催化作用下發(fā)生部分氧化反應(yīng)生成氫氣和一氧化碳。接下來生成的氫氣和一氧化碳會在高溫條件下從金屬材料表面逐步滲入到金屬內(nèi)部的晶格中，在滲入的過程中這些還原性的氣體會與同樣滲入到金屬的晶格中的氧原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在金屬內(nèi)部形成水和二氧化碳等氣體分子，隨著這些生成的氣體分子在金屬內(nèi)部的聚集和膨脹，超過了其在金屬內(nèi)部的臨界溶解度，就會在金屬上膨脹溢出，在金屬內(nèi)部形成孔洞結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明利用混合氣體制備多孔金屬材料的方法具有以下的優(yōu)點:
[0011]1、本發(fā)明主要是直接利用混合氣體(或是部分氧化反應(yīng)生成)的燃料氣體(h2，co)和氧化性的氣體(02)在金屬內(nèi)部形成H20和C02氣體的膨脹溢出，在金屬表面和內(nèi)部形成多孔結(jié)構(gòu)，具有工藝簡單、制備方便、無污染的優(yōu)點；
[0012]2、混合氣體方法制備多孔金屬工藝可以在已制備好的復(fù)雜金屬材料器件上實現(xiàn)二次加工，因此能夠制備出復(fù)雜的多孔金屬器件；
[0013]3、混合氣體方法制備多孔金屬工藝能夠在高熔點的金屬上制備出分布均勻，成分單一的微納米孔洞；
[0014]4、混合氣體方法制備多孔金屬工藝不涉及特殊的技術(shù)工藝，對設(shè)備的要求低，成本低廉。
【附圖說明】
[0015]圖1是實施例一中步驟一清洗后的銀片掃描電鏡(SEM)圖；
[0016]圖2是實例一中在甲燒和氧氣混合氣氛中750°C多孔化處理3h的銀片掃描電鏡(SEM)圖;
[0017]圖3是實施例二中清洗后的銀絲掃描電鏡(SEM)圖；
[0018]圖4是實施例二在甲烷和氧氣混合氣體中750°C多孔化處理2h的銀絲掃描電鏡(SEM)圖;
[0019]圖5是實施例三中清洗后的鎳片掃描電鏡(SEM)圖；
[0020]圖6是實施例三在甲烷和氧氣混合氣體中750°C多孔化處理5h的鎳片掃描電鏡(SEM)圖;
[0021]圖7是實施例四中清洗后的泡沫鎳掃描電鏡(SEM)圖；
[0022]圖8是實施例四在甲烷和氧氣混合氣體中750°C多孔化處理5h的泡沫鎳掃描電鏡(SEM)圖。
【具體實施方式】
[0023]【具體實施方式】一:本實施方式利用混合氣體制備多孔金屬材料的方法按下列步驟實施:
[0024]一、將金屬材料或泡沫金屬材料先用丙酮超聲清洗，然后依次使用無水乙醇和去離子水清洗干凈，晾干后得到清洗后的金屬；
[0025]二、將步驟一得到的清洗后的金屬放置在耐高溫承載體內(nèi)，在惰性氣體的保護下升溫到550?850°C，然后將燃料氣體和氧化氣體組成的混合氣體通入到放置有金屬的承載體內(nèi)，使金屬暴露在混合氣體中進行多孔化處理，完成多孔金屬材料的制備；
[0026]其中步驟二所述的燃料氣體為氫氣、一氧化碳、C1-C4的碳?xì)浠衔?、沼氣、天然氣、液化石油氣、焦?fàn)t氣、水煤氣、石油氣中的一種或多種的混合氣體。
[0027]本實施方式所用設(shè)備簡單，將金屬材料置于燃料和氧氣的混合氣氛中，能夠直接有效地原位在金屬的表面獲得大量的孔洞結(jié)構(gòu)。其中燃料氣體和氧氣在其爆炸極限內(nèi)，按照一定的比例混合。
[0028]本實施方式當(dāng)采用泡沫金屬作為碳?xì)淙剂喜糠盅趸母咝Т呋瘎?，商品化的泡沫金屬是多孔的骨架結(jié)構(gòu)，具有大的比表面積，高的催化性，在石油化工、航空航天、環(huán)保中用于制造凈化、過濾、催化支架、電極等裝置。在高溫條件下，多孔泡沫金屬催化劑促使碳?xì)淙剂涎杆侔l(fā)生部分氧化反應(yīng)生成了氫氣和一氧化碳等還原氣體，可以在多孔骨架的表面形成一系列的微納米孔洞。
[0029]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是所述的金屬材料為鋁、鎵、銦、銘、鍺、錫、鉛、鋪、祕、卦、猛、鐵、鈷、鎳、銅、金、銀、^!了、銘、鈀、鋨、銥、鈾、鐵、銅或鈦合金。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一相同。
[0030]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是步驟二所述的氧化氣體為空氣或氧氣。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一或二相同。
[0031]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是所述的C1-C4的碳?xì)浠衔餅榧淄?、乙烷、丙烷、丁烷、丙烯或丁烯。其它步驟及參數(shù)與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0032]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是步驟一所述的金屬材料的形