[发明专利]一种表面多孔金属材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔材料制备技术领域，特指一种以低能、强流、短脉冲电子束为冲击源制备表面多孔金属材料的制备方法。

背景技术

多孔材料是近年内发展起来的新材料，它具有结构材料和功能材料的特性。相对于致密材料而言，多孔材料的显著特征是其内部具有大量的孔隙，它决定了多孔材料诸多优异的特性，如比重小、比强度大、能量吸收性好、比表面积大、制振效果好、渗透性和吸声性好、很好的电磁波吸收特性以及对气体敏感等特性。这些特性使得多孔材料广泛地用于过滤器、催化剂载体、热交换器、发动机的排气消声器、多孔金属电极、减震缓冲器、水下潜艇的消音器等，其需求量与日俱增。

多孔薄膜由于在化学分离及过滤、燃料电池及催化等领域具有很大的应用前景和潜力受到越来越多的关注。目前，实际应用中的多孔薄膜大部分为高分子或有机多孔涂层，但其热稳定性和化学稳定性较差，因而在很大程度上限制了这些材料的应用范围。相比之下，金属和无机过滤膜在这些方面显示出极大的优越性，同时也为某些应用提供了更好的稳定性和更为广阔的选择余地。

传统的多孔金属材料制备方法主要有粉末冶金(PM)法、纤维冶金法、铸造法、金属沉积法、自蔓延高温合成法和氧化物还原烧结法等等。但由于制备工艺的不稳定性，尤其是对微孔尺寸、分布等方面指标的控制性较差，造成了其在应用上的局限。因此，研制更稳定、更具可重复性和易控制性的工艺规范，从而得到性能优良、微孔尺寸、数量及分布可控的多孔材料是推进多孔材料发展的技术关键。

经过脉冲电子束表面改性的金属样品表面形成孔洞或熔坑形貌是一种较为普遍的现象。这种形貌增加材料表面的粗糙度，降低材料的抗疲劳等性能，对材料表面性能改善是不利的，在材料表面改性中需尽量避免。但却可以利用这种效应制备表面多孔材料。一般情况下强流脉冲电子束诱发的表面孔洞优先出现在晶界或位错等缺陷位置上，当强流脉冲电子束作用在靶材上时，靶材的晶粒尺寸以及电子束的能量密度、辐照次数等因素都会影响到最终靶材上孔洞尺寸、密度和分布情况。

经国内外检索，尚未发现采用强流脉冲电子束技术制备多孔材料的相关文献和专利。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的制备多孔金属材料工艺的不稳定性，尤其是微孔尺寸、密度和分布不易控制的问题。在本发明中利用强流脉冲电子束技术辐照金属材料，得到微孔尺寸、密度和分布可控的表面多孔金属材料。

一种表面多孔金属材料的制备方法，其特征在于：采用低能、强流、短脉冲电子束对金属材料表面进行辐射轰击，制备表面多孔金属材料。

上述的表面多孔金属材料的制备方法，强流脉冲电子束辐照的工作参数为：电子束能量为18-28KeV，脉冲时间为3.5μs，能量密度约为2-4Jcm^-2，真空室气压约为10^-5Torr。

强流脉冲电子束具有多参数调控的特点，可以通过不同的组合形式得到适合多种工艺要求的电子束源；同时还具有独特的运行机制，可以产生大面积、高能量、强束流的脉冲型电子束。通过调整装置的阴极加速电压、脉冲持续时间及工件加工距离之间的匹配关系，可以灵活地控制作用到被辐照材料(靶材)表面的能量密度。

利用强流脉冲电子束照射不同晶粒尺寸的金属材料制备多孔金属材料，合理选择电子束能量密度和冲击次数等工艺参数，可以得到各种孔洞尺寸及密度并且分布均匀的表面多孔金属材料，根据实际需要控制孔洞的尺寸大小、分布及密度。

附图说明

图1强流脉冲电子束处理前纳米纯铜的表面形态

(a)辐照前纳米纯铜的表面形态和颗粒结构  (b)处理前纳米纯铜的TEM明场图象和电子衍射图象

图22J/cm²HCPEB处理后纳米纯铜的表面形态  (c)1次辐照，(d)10次辐照

图33J/cm²HCPEB处理后纳米纯铜的表面形态  (e)5次辐照，(f)10次辐照

图44J/cm²HCPEB处理后纳米纯铜的表面形态  (g)1次辐照，(h)5次辐照

图54J/cm²HCPEB处理后轧制纯铝的表面形态  (i)5次辐照，(j)10次辐照

图64J/cm²HCPEB照射轧制304不锈钢后的表面形态  (k)5次辐照，(1)10次辐照

具体实施方式