專利名稱：一種電沉積厚尺度泡沫鎳及其制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電沉積泡沫金屬制備，特別提供了一種厚尺度高孔率泡沫 鎳及其制備方法。
背景技術(shù)：
高孔率泡沫金屬鎳是九十年代初由美國ELTECH SYSTEM公司率先開 發(fā)出來的高科技產(chǎn)品。用具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚氨酯海綿作基體，經(jīng)導(dǎo)電 化處理后進(jìn)行金屬電沉積，鍍后進(jìn)行冶金還原處理而獲得。由于具有三維 網(wǎng)狀開孔的均勻結(jié)構(gòu)、比表面積大等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種燃料電池、 蓄電池等的電極基板材料。
目前關(guān)于這種產(chǎn)品制備技術(shù)的專利有很多，但主要集中在薄尺度，如 2~4mm厚度泡沬鎳的生產(chǎn)與制備，其厚度分布系數(shù)DTR(Deposition Thickness Ratio)值可以控制在約1.5。因為多孔泡沬材料的性能與結(jié)構(gòu)息息 相關(guān)，均勻的孔隙結(jié)構(gòu)是獲得均勻的性能以及可再現(xiàn)性能的前提保證。孔 隙的構(gòu)架由于其前身是聚氨酯海綿，因而是均勻的，但由于電沉積的金屬 質(zhì)量的不同，使泡沫鎳骨架金屬具有不同的厚度，這嚴(yán)重影響性能的均勻 性。對于厚尺度泡沬鎳，如厚度大于10mm，目前的電沉積技術(shù)，由于采用 的電解液分散能力不強，很難使其DTR值小于1.5，因此，需要研制一種 新的電解液，并配合其它工藝參數(shù)的控制，來制備具有均勻金屬質(zhì)量分布 的厚尺度泡沫鎳，為塊體泡沫鎳的發(fā)展提供新思路。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供了一種厚尺度高孔率泡沫鎳及其制備方法，使
用該制備方法獲得的泡沫鎳厚度為20mm以上，厚度分布系數(shù)DTR小于
本發(fā)明提供的一種電沉積厚尺度泡沫鎳，所述的泡沫鎳厚度 20mm 30mm， DTR1.0 1.5。
本發(fā)明提供的電沉積厚尺度泡沫鎳的制備，主要過程分為基材預(yù)處理、 導(dǎo)電化處理、電沉積、還原燒結(jié)，所述的電沉積過程中的電解液組分中含 有20~100g/L NiS04 7H20, 20~60g/L H3B03， 90~300g/L NaCl;電沉積工藝 參數(shù)為溫度15~35'C,電流密度0.01~0.1A/dm2，PH3.5~5.0。
本發(fā)明的新穎性在于以成熟的Watts溶液為基礎(chǔ)，在分析各組元作用的 基礎(chǔ)上，顯著降低主鹽NiS04含量，并單獨以NaCl作為導(dǎo)電鹽和陽極活化 劑，由于降低了主鹽含量，并顯著提高溶液電導(dǎo)率，使該電解液的分散能 力顯著提高，并同時降低了電解液的成本；創(chuàng)造性在于通過采用這種高氯 化物型電解液，并配合其它工藝參數(shù)的控制，能夠制備出厚度為20mm以 上，DTR小于1.5的高孔率泡沫鎳。


圖1為涂覆石墨導(dǎo)電膠后的泡沫表觀及骨架形貌。
圖2為獲得的用于檢測DTR的厚尺度泡沬鎳表觀形貌。
圖3為電沉積泡沫鎳(試樣)橫截面金屬質(zhì)量分布。
圖4為電沉積泡沫鎳(對比)橫截面金屬質(zhì)量分布。
具體實施例方式
實施例1采用60ppi泡沫塑料作為基材，其結(jié)構(gòu)特征為厚度20mm,經(jīng)測量孔 隙半徑100~250nm。
對基材采用該領(lǐng)域常規(guī)手段預(yù)處理后，再經(jīng)涂覆石墨導(dǎo)電膠，電鏡觀 察，如圖1，烘干后進(jìn)行電沉積——其中電解液含20g/LNiSO4 ，7H20, 20g/L H3B03，卯g/L NaCl ;電沉積工藝參數(shù)為溫度15 °C ，電流密度 0.04A/dm2，PH3.5,電鍍卯h。
電沉積鎳后進(jìn)行還原燒結(jié)，得到試樣，測量試樣厚度約為23mm,見圖2 左。電鏡觀察試樣，見圖2右。電沉積泡沫鎳質(zhì)量分布DTR采用如下方法 檢測
在獲得的厚尺度試樣上，用線切割在中間部位切取(()25X20mm的圓柱 體，在此圓柱體上按順序切取0.8mm厚度的薄片，并分別測量其表觀密度， 從曲線的變化趨勢可以明顯地看出，在泡沬鎳的中間部位沉積的金屬量最 少，但其DTR值為1.19，見圖3。
實施例2
采用60ppi泡沫塑料作為基材，其結(jié)構(gòu)特征為厚度25mm，經(jīng)測量孔 隙半徑100 250pm。
對基材采用該領(lǐng)域常規(guī)手段預(yù)處理后，再經(jīng)涂覆石墨導(dǎo)電膠，電鏡觀 察，烘干后進(jìn)行電沉積——其中電解液含30g/LNiSO4 "HzO, 25g/LH3B03， 100g/LNaCl;電沉積工藝參數(shù)為溫度20。C，電流密度0.02A/dm PH3.5，電 鍍90h。
電沉積鎳后進(jìn)行還原燒結(jié)，得到試樣，電鏡觀察試樣并測量厚度約為 21mm。檢測電沉積泡沫鎳質(zhì)量分布DTR，同實施例1的方法，可知在泡沫 鎳的中間部位沉積的金屬量最少，其DTR值為1.15。實施例3
釆用60ppi泡沬塑料作為基材，其結(jié)構(gòu)特征為厚度27mm，經(jīng)測量孔 隙半徑100 250拜。
對基材采用該領(lǐng)域常規(guī)手段預(yù)處理后，再經(jīng)涂覆石墨導(dǎo)電膠，電鏡觀 察，烘干后進(jìn)行電沉積——其中電解液含30g/LNiSO4 '7H2O,30g/LH3BO3， 100g/LNaCl;電沉積工藝參數(shù)為溫度22"C，電流密度0.02A/dm PH4.0，電 鍍卯h。
電沉積鎳后進(jìn)行還原燒結(jié)，得到試樣，電鏡觀察試樣并測量厚度約為 23mm。檢測電沉積泡沬鎳質(zhì)量分布DTR，同實施例1的方法，可知在泡沫 鎳的中間部位沉積的金屬量最少，其DTR值為1.20。 實施例4
采用50ppi泡沫塑料作為基材，其結(jié)構(gòu)特征為厚度35mm。 對基材采用該領(lǐng)域常規(guī)手段預(yù)處理后，再經(jīng)涂覆石墨導(dǎo)電膠，電鏡觀 察，烘干后進(jìn)行電沉積——其中電解液含40g/LNiSO4 *7H20， 40g/LH3BO3， 150g/LNaCl;電沉積工藝參數(shù)為溫度26""C,電流密度0.04A/dm PH4.0，電 鍍90h。
電沉積鎳后進(jìn)行還原燒結(jié)，得到試樣，電鏡觀察試樣并測量厚度約為 25mm。檢測電沉積泡沫鎳質(zhì)量分布DTR，同實施例1的方法，可知在泡沫 鎳的中間部位沉積的金屬量最少，其DTR值為1.25。 實施例5
采用50ppi泡沫塑料作為基材，其結(jié)構(gòu)特征為厚度35mm。 對基材采用該領(lǐng)域常規(guī)手段預(yù)處理后，再經(jīng)涂覆石墨導(dǎo)電膠，電鏡觀察，烘干后進(jìn)行電沉積——其中電解液含60g/LNiSQt '7H2O，40g/LH3BO3, 200g/LNaCl;電沉積工藝參數(shù)為溫度26°C，電流密度0.06A/dm2， PH4.5，電 鍍90h。
電沉積鎳后進(jìn)行還原燒結(jié)，得到試樣，電鏡觀察試樣并測量厚度約為 25mm。檢測電沉積泡沫鎳質(zhì)量分布DTR，同實施例1的方法,可知在泡沫 鎳的中間部位沉積的金屬量最少，其DTR值為1.35。 實施例6
采用40ppi泡沫塑料作為基材，其結(jié)構(gòu)特征為厚度40mm。 對基材采用該領(lǐng)域常規(guī)手段預(yù)處理后，再經(jīng)涂覆石墨導(dǎo)電膠，電鏡觀 察，烘干后進(jìn)行電沉積——其中電解液含60g/LNiSO4 *7H20， 50g/LH3BO3， 230g/LNaCl;電沉積工藝參數(shù)為溫度30°C，電流密度0.08A/dm2， PH4.5,電 鍍90h。
電沉積鎳后進(jìn)行還原燒結(jié)，得到試樣，電鏡觀察試樣并測量厚度約為 27mrn。檢測電沉積泡沫鎳質(zhì)量分布DTR,同實施例1的方法，可知在泡沫 鎳的中間部位沉積的金屬量最少，其DTR值為1.40。 實施例7
采用55ppi泡沫塑料作為基材，其結(jié)構(gòu)特征為厚度35mm,孔隙半徑 100~250拜。
對基材采用該領(lǐng)域常規(guī)手段預(yù)處理后，再經(jīng)涂覆石墨導(dǎo)電膠，電鏡觀 察，烘干后進(jìn)行電沉積——其中電解液含80g/LNiSO4 '7H20， 55g/LH3B03， 260g/LNaCl;電沉積工藝參數(shù)為溫度30°C，電流密度0.08A/dm2， PH5.0，電 鍍卯h。電沉積鎳后進(jìn)行還原燒結(jié)，得到試樣，電鏡觀察試樣并測量厚度約為
27mm。檢測電沉積泡沬鎳質(zhì)量分布DTR，同實施例1的方法,可知在泡沫
鎳的中間部位沉積的金屬量最少，其DTR值為1.45。
實施例8
采用60ppi泡沫塑料作為基材，其結(jié)構(gòu)特征為厚度28mm，孔隙半徑 100-250,
對基材采用該領(lǐng)域常規(guī)手段預(yù)處理后，再經(jīng)涂覆石墨導(dǎo)電膠，電鏡觀 察，烘干后進(jìn)行電沉積——其中電解液含90g/LNiSO4 '7H2O,60g/LH3BO3， 280g/LNaCl;電沉積工藝參數(shù)為溫度32°C,電流密度0.09A/dm2， PH5.0，電 鍍90h。
電沉積鎳后進(jìn)行還原燒結(jié)，得到試樣，電鏡觀察試樣并測量厚度約為 28mm。檢測電沉積泡沫鎳質(zhì)量分布DTR，同實施例1的方法,可知在泡沫 鎳的中間部位沉積的金屬量最少，其DTR值為1.46。 比較例1
以傳統(tǒng)的Watts溶液為電解液，在與實施例1相同的工藝條件下進(jìn)行電 沉積，其中Watts溶液組成為200g/LNiSO4 *7H20， 40g/LH3BO3， 12g/LNaCl 40g/LMgSO4 6H20， 25g/LNa2S04 71120，其他處理——預(yù)處理、導(dǎo)電化處 理、還原燒結(jié)條件不變。
檢測電沉積泡沫鎳質(zhì)量分布DTR，同實施例1的方法，結(jié)果見圖4。與 圖3比較可知，金屬在橫截面分布不均勻，其DTR值為2.26，約為圖3 的2倍
比較例2
以傳統(tǒng)的Watts溶液為電解液，在與實施例3相同的工藝條件下進(jìn)行電沉積，其中Watts溶液組成為200g/LMS04 7H20,40g/L H3B03， 12g/LNaCl 40g/LMgSO4 6H20， 25g/LNa2S04 71120，其他處理——預(yù)處理、導(dǎo)電化處 理、還原燒結(jié)條件不變。
檢測電沉積泡沬鎳質(zhì)量分布DTR，同實施例2的方法，與實施例2比 較可知——金屬在橫截面分布不均勻，其DTR值為2.00，約為實施例2 的2倍。 比較例3
以傳統(tǒng)的Watts溶液為電解液，在與實施例3相同的工藝條件下進(jìn)行電 沉積，其中Watts溶液組成為200g/LNiSO4 '71120， 40g/LH3BO3， 12g/LNaCl 40g/LMgSO4 , 6H20， 25g/LNa2S04 71120,其他處理——預(yù)處理、導(dǎo)電化處 理、還原燒結(jié)條件不變。
檢測電沉積泡沫鎳質(zhì)量分布DTR，同實施例3的方法,與實施例3比 較可知——金屬在橫截面分布不均勻，其DTR值為2.30,約為實施例3 的2倍
權(quán)利要求
1、一種電沉積厚尺度泡沫鎳，其特征在于所述的泡沫鎳厚度20mm～30mm，DTR1.0～1.5。
2、 一種權(quán)利要求l所述的電沉積厚尺度泡沫鎳的制備方法，主要過程 分為基材預(yù)處理、導(dǎo)電化處理、電沉積、還原燒結(jié)，其特征在于所述的 電沉積過程中的電解液組分中含有20~100g/L NiS04 7H20， 2(K60g/L H3B03， 90 300g/L NaCl;電沉積工藝參數(shù)為溫度15~35 °C ，電流密度 0.01~0.1A/dm2， PH3.5~5.0。
全文摘要
一種電沉積厚尺度泡沫鎳，所述的泡沫鎳鎳厚度20mm～30mm，DTR1.0～1.5，本發(fā)明以成熟的Watts溶液為基礎(chǔ)，在分析各組元作用的基礎(chǔ)上，顯著降低主鹽NiSO₄含量，并單獨以NaCl作為導(dǎo)電鹽和陽極活化劑，由于降低了主鹽含量，顯著提高了溶液電導(dǎo)率，使該電解液的分散能力顯著提高，并同時降低了電解液的成本；通過采用這種高氯化物型電解液，并配合其它工藝參數(shù)的控制，能夠制備出厚度為20mm以上，DTR小于1.5的高孔率泡沫鎳。
文檔編號C25D1/00GK101435092SQ200710158158
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者功 張, 曲文生, 柯 楊, 樓瑯洪 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所