电沉积泡沫Ni-Mo合金.pdf

4 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年5 期 电沉积泡沫N i M o 合金 戴高鹏1 ，刘素芹1 ，王启慧1 ，何亚登2 1 _ 潮北襄樊学院化学与生物科学系，襄樊4 4 1 0 5 3 ；2 ．长沙力元新材料股份有强公司，长沙4 1 0 1 0 0 摘要以聚氨酯泡沫树脂为基体，采用化学镀、电沉积、热解和氢气还原的方法制备出网状结构的泡沫 N i - M o 合盒。对该泡沫合金的形貌、镀液组分与合盒组分的关系和舍金的抗拉强度、抗腐蚀性、高温抗 氧化性进行了分析研究。试验结果表明合盒中M o 含量随着N a z M o 氓浓度增加而增加，该泡沫台垒 骨架平整，泡沫N 卜M o 台盒抗拉强度、耐腐蚀性和高温抗氧化性优于泡沫镍，在中性盐雾试验中的抗 腐蚀性加强，高温抗氧化性也增强。 关键词泡沫N i M o 合盒；电沉积；抗拉强度；抗腐蚀；高温抗氧化 中固分类号T F 8 0 3 ．2 7文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 f2 0 0 7 0 5 - - 0 0 4 6 - - 0 3 E l e c r o d e p o s i t i o no fN i _ M oA l l o yF o a m s D A IG a o p e n 9 1 ，L I US u - q i n l ，W A N GQ i - h u P 。H EY a - d e n 9 2 1D e p a r t m e n to fC h e m i s t r ya n dB i o l o g i c a lS c i e n c e ．X i a a g h nU m v e r s i t y ．X i ar L g f a a4 4 1 0 5 3 ．C h l t t a 2C h a n g s h ab r t l i lI V h t e r i a lC o ．，L t d ，C h a n g s h d ，4 1 0 1 0 0 ．C h i h a A b s t r a c t R e t i c u l a t e dN i M of o a m sw e r ep r e p a r e dt h r o u g hp o l y u r e t h a n ea sf r a m e w o r kb yf o u rs t e pm e t h o d c o n s i s t i n go fc o a t i n ge l e c t r o l y s i s ，e l e c t r o d e p o s i t i o n ，p y r o g e n a t i o na n dh y d r o g e nr e d u c i n g ．T h em o r p h o l o g y ，r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o m p o s i t i o n so fb a t ha n dc o m p o s i t i o n so fd e p o s i t s ，t e n s i l es t r e n g t h ，s a l ts p r a y c o r r o s i o na n da n t i o x i d a t i o no fa l l o y sf o a mi nh i g ht e m p e r a t u r ew e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h e M oc o n t e n ti na l l o y sf o a mi n c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s eo fc o n c e n t r a t i o no fN a 2M 0 0 4 ，N i M of o a m sh a v ee x c e l l e n tp r o p e r t i e ss u c ha se v e ns t r u t s ，g o o ds a l ts p r a yc o r r o s i o nr e s i s t a n c ea n dg o o do x i d a t i o nr e s i s t a n c e ． A n t i c o r r o s i o ni ns a l ts p r a yc o r r o s i o ne x p e r i m e n t sa n da n t i o x i d a t i o ni nh i g ht e m p e r a t u r ei m p r o v e dt h ei n c r e a s i n go fM oc o n t e n t ． K e y w o r d s N i M of o a m s ；E l e c t r o d e p o s i t i o n ；T e n s i l es t r e n g t h ；A n t i c o r r o s i o n ；A n t i o x i d a t i o ni nh i g ht e m p e r a t u r e 泡沫超合金，具有三维网络结构、孔率高、比表 面积大、机械强度高和抗氧化性能优等特点，是脆性 多孔陶瓷的理想替代材料，在各种高温催化载体o ] 、 过滤器2 3 和热交换器n 一等领域具有广阔的应用前 景，因此泡沫超合金已成为当今多孔泡沫金属领域 的研究热点。然而目前泡沫超合金种类还很少，且 制各方法主要是固相粉末包埋法[ 4 “J 、气相合金 化”o ，这些工艺方法存在不尽人意之处。固相粉末 包埋制备过程中，粉末易于烧结在泡沫合金的骨架 作者简介I R 高鹏 1 9 7 4 一 ，男，朝南双蜂人，讲师，硕士 表面，降低了作为过滤器的使用性能；气相合金化工 艺复杂，成本高。电沉积的N i M o 台金具有高硬 度，耐腐蚀，低热膨胀，优异的催化性能，且制备方法 简单，易操作．成本低。我们用电沉积方法制备了泡 沫N i M o 合金，并研究了它的抗拉强度、耐蚀性和 高温抗氧化性。 l 试验 L 1 泡沫合金的制备 万方数据 有色金属 冶炼部分 4 7 电沉积制备泡沫N i ⋯M o 的工艺流程为先将 孔隙率为9 5 ％的海绵导电化处理，具体过程是先将 5C I l l 4c m 0 ．3c m 的海绵清洗干净，再活化，敏 化，然后化学镀镍，然后在其E 再电镀。电镀时，以 两块1 0c m 6c m 0 ．2c m 的石墨为阳极，置于镀 槽两端，以一块导电化后的海绵为阴极，置于镀槽中 间．先复合电沉积N i M o 合金，f { j ．在热解炉中将海 绵基底分解成气体，这样部分的金属都变成了氧化 物，然后用氢气流在9 5 0 ℃下保持4 0r a i n ，将合金还 原即得到N i M o 合金。 所有试剂都是分析纯，镀液组分及电镀工艺条 件是0 ．7m o l ／LN i S 0 4 ，0 ．0 4 ～0 ．2m o l ／L N a 2 M 0 0 4 ，0 ．8m o l ／LN a 3 C i t ，0 ．3m o l ／LN H 3 。月j 去离子水配制溶液，用H C t 和N H a 调节p H ，镀液 的p H 8 ．5 ，电流密度为3 0m A ／c m 2 。 L2 泡沫台金性能的检测 用扫描电子显微镜观测泡沫合金的裘观形貌。 用原子吸收分光光度计分析合金元素含嚣。抗拉强 度及延伸率测试用电子万能材料试验机。测试样品 为0 ．3c m 5c m 4c m 的长方形，起始夹持量为2 c n ／．拉伸速度lc m ／m i n ，测试环境温度2 5 ℃。不同 条件下的样品各测5 件，墩其平均值。在Y Q 一2 5 D 型盐雾腐蚀试验箱进行中性盐雾试验。试验条件 N a C [ 溶液5 0g ／I 。，p t t 一7 ．0 ；箱内温度 3 5 2 ℃， 喷雾方式为一周期连续喷雾1 2h ，停止喷雾1 2h ； 盐雾沉降量1 ～2m L ／h 。每隔一段时削开箱观察试 样表面是否出红锈，记录试样从放人到出红锈的时 间。耐热性的检测是在马弗炉中6 0 0 。C 下保持1h ， 比较泡沫合金在高温下氧化后的增重率。 2 结果与讨论 2 ．1 形貌 泡沫合金的电镜扫描如图1 ，从图中可看出，海 绵发生了小许形变，但泡沫合金基本保持了海绵的 泡沫结构，且表面光滑，骨架结构均匀，孔径分布均 匀，是一种向空间延伸的多孔骨架结构，由具有五边 形窗的} 二面体结构单元组成。 2 ．2 镀液组分对泡沫合金M o 含量的影响 影响合金性能的主要是M o 的含量，困而我们 主要研究了镀液中N a M o O 。浓度对合金中M o 含 量的影响。从图2 中可看出，随着N 赴M o O 。浓度 的增加，台金中M o 含量也升高，但增长逐渐变缓。 一般认为，钼不能单独从水溶液中进行电沉积，但它 可以和铁族元素进行电沉积o j 。钼是多步还原，即 图l 泡沫合金的S E M 图 2 8 ．5 ％M o F i g ．1S E Mm o r p h o l o g yo ff o a m a l l o y 2 8 ．5 ％M o 六价铡首先由电化学还原成低价钼氧化物M o O z ， 并覆盖在电极表面，而后由吸附在涛导金属 铁族元 素 上的原子氢还原成零价钼o j 。随着N a M o O ； 浓度的增加，N a M o O ，浓度不够高时，M o O 。增加， M o O 。覆盖层比原子氢覆盖层小得多，M o O 。迅速 还原成零价钿也增加，因而镀层中铟含量增长较陕。 继续升高N a 。M o O ；浓度，M o O ，覆盖层增大，逐渐 比原子氢覆盖层变大，原子氢还原M o O 能力减少， 因而镀层中M o 含量增长放缓。 n _ 0 2 』l { 0 f 1 600 80 1 00 1 2 ⋯1 } 1 60 1 802 0U 2 2 N a M o O I ／ m o l _ J 图2 镀液中N 如M o 旺对合金中M o 含量的影响 F i g ．2 E f f e c to fN a z M o O { i nb a t hO N c o n t e n to fM oi na l l o y 2 ．3 抗拉强度 不同M o 含量的泡沫N i M o 合金样品其抗拉 强度 ‰ 、延伸率 8 试验结果见表l 。r } _ i 表1 可知， N iM o 合会具有良好的抗拉强度和延伸牢．比泡沫 镍有更好的性能。随着M o 含量的增加，合金的抗 拉强度先增强，后不变，延伸率先增大，后不变，拐点 在M o 含量为2 0 ．6 ％处。 2 ．4 盐雾试验 不同M o 含量的泡沫N iM o 合金的中性盐雾 试验结果见表2 。从表2 可看出随着M o 含量的增 加，镀层出现红锈时间增长，镀层的抗腐蚀能力增 万方数据 4 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年5 期 强。在M o 含量达到2 8 ．5 必时，合金抗腐蚀能力显 著增强，这是由于电沉积N iM o 合金中，当M o 含 量达到2 5 鲥以上时，合金是非品态，因而抗腐蚀性 能显著增强。此后，M o 含量继续增高，抗腐蚀性能 改变不大。 表1 不同M o 含量泡沫N i - M o 合金的性能测试结果 T a b l elT h ep r o p e r t i e so fN i 。M oa l l o y s f o a mw i t hd i f f e r e n tM oc o n t e n t 表2 不同M o 含量的泡沫N i - M o 合金的 中性盐雾试验结果 T a b l e2R e s u l t so fs a l ts p r a yt e s to ff o a m N i M oa l l o yw i t hd i f f e r e n tM oc o n t e n t 2 ．5 高温抗氧化性能 不同M o 含量的泡沫合金在6 0 0 ℃高温下的抗 氧化性能如图3 ，从图3 中可看出，泡沫N i M o 合金 的高温抗氧化性明显优于泡沫镍，且随着M o 含量 的增加，合金的氧化增重率降低，高温抗氧化性能增 强，但氧化增重率降低趋势变缓。 图3 台金中M o 含量对高温抗氧化性能的影响 F i g 3 E f f e 。to f M o c o n t e n t ．i n8 l l o yo “t h e a n t i o x i d a t i o ni nh i g ht e m p e r a t u r e 3 结论 1 采用化学镀、电沉积、热解和氧气还原等技 术制备出高7 L 率的泡沫N iM o 合金。该泡沫台金 具有三维网络结构、骨架均匀。试验结果表明，此制 备工艺路线可行、合理。 2 合金中M o 含量随着镀液中N a M o O ；浓度 的升高而增加。台金在中性盐雾试验中的耐腐蚀能 力随着M o 含量的升高而增强，在M o 含量达到 2 8 ．5 ％时增长趋势变缓。合金在6 0 0 ℃下的氧化增 重率随着M o 含量的升高而降低，降低趋势逐渐变 缓，高温抗氧化性能增强。 参考文献 [ 1 ] P e s t r y a k o vAN ，Y u r c h e n k oEN ，F e o f i l o vAE ．F o a m m e t a lc a t a l y s t sf o rp u r i f i c a t i o no fw a s t eg a s e sa n di l e u t r a l i z a t i o no fa u t o m o t i v ee m i s s i o n s [ J ] ．C a t a l y s i sT o d a y ， 1 9 9 6 ，2 9 8 7 7 0 ． [ 2 ] T aK a oM ，M a s aY uK i I ，H i r o s h iY ．F i l t e rm e m b e r f o rp u r i f y i n gg a sa n dm e t h o df o rm a n u f a c t u r i n gt h es a m e [ P ] ．U S AP a t 5 8 3 0 4 1 5 ，1 9 9 8 一l i - - 0 3 ． [ 3 jI s m a g i l o vzR ，P u s h k a r e vVV ，P o d y a c h e v a0Y ，e ta l Ac a t a l y t i ch e a te x c h a n g i n gt u b u l a rr e a c t o rf o rc o m b i n i n g o fh i g ht e m p e r a t u r ee x o t h e r m i ca n de n d o t h e r m i cr e a c t i o n s [ J ] ．C h e m i c a lE n g i n e e r i n gj o u r n a l ，2 0 0 l ，8 2 3 5 s 一 3 6 0 ． [ 4 ] C h o eH ，D u a a n dDCM e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fo x i d a t i o n - r e s i s t a n tN iC rf o a m s ] ] M a t e r i a l sS c i e n c e ＆g n g i n e e r i n gA ，2 0 0 4 ，5 0 1 8 4 一1 9 3 I s ] C h o eH ，D u n a n dDC ．S y n t h e s i s ，s t r u c t u r e ．a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f N i A Ia n dN i ～C r - A 1s u p e r a l I o y f o a r o s E J ] ．A c t sM a t e r i a l i a ，2 0 0 4 ，5 2 1 2 8 3 1 2 9 5 ． E 6 3T o s h o y a s uT ，S a t o r uO ，’r l o m o h i k oI ．P r o c e s sf o rt h e p r o d u c t i o no fh e a ta n dc o r r o s i o nr e s i s t a n tp o r o u sm e t a l b o d y [ P ] ．U S AP a t 8 76 2 3 8 7 ，1 9 9 70 9 3 0 ． [ 7 T o s h o y a s uT ，S a t o r uO ，T o m o h i k oI ．C o r r o s i o nr e s i s t a n tm e t a l l i cp o r o u sm e m b e ra n dm e th o do fm a n u f a c t u r i n gt h eS a i D ．e [ P ] ，U S AP a t 5 5 8 2 8 6 7 ，1 9 9 6 一1 2 一l o ． [ 8 ] B r e n n e rA ．E l e c t r o d e p o s i t i o no fA l l o y s [ M ] ．V 0 1 ．2 ，2 ， N e wY o r ka n dL o n a o n A c a d e m i cP r e s s ，1 9 6 3 3 0 5 ． [ 9 j 曾跃，姚索薇，郭鹤桐．从氨性柠檬酸溶液中电沉积＼i M o 的机理研究口] 物理化学学报，1 9 9 5 ，1 l 4 3 5 I 一 8 5 5 ． ％恃馘靼宰啊 万方数据