[发明专利]一种低能耗快速电沉积泡沫铁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种泡沫铁的制备方法。

背景技术

泡沫铁具有价格便宜、比表面积大、抗压强度高、热膨胀系数低、热稳定性好等特点，因此成为研究的热点。目前，大多采用硫酸盐型镀铁液电镀制备泡沫铁，但此方法消耗的电能消耗高。虽然氯化物型镀液导电性好，电导率是硫酸盐型镀液的2.5倍，但是现有氯化物型镀铁液抗氧化能力较差，镀液与空气接触时，二价铁(Fe²⁺)易氧化变为三价铁(Fe³⁺)，三价铁容易在镀层表面形成氢氧化铁夹带到镀层中，使泡沫铁产生毛刺，变得粗糙、疏松，脆性明显增加并且不利于卷绕；所以还很少有人将氯化物型镀铁液用于实际生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前制备泡沫铁存在电能消耗高，及现有镀铁液生产的泡沫铁有毛刺，且变得粗糙、疏松，脆性明显增加并且不利于卷绕的问题，而提供了一种低能耗快速电沉积泡沫铁的方法。

本发明中低能耗快速电沉积的方法是按下述步骤实现的：一、海绵的复合导电化处理：在孔径为30～110PPI的海绵骨架表面气相物理沉积金属后得到导电海绵，其中金属为镍、铜或钛，然后在导电海绵表面涂覆石墨导电胶；二、电沉积：将经步骤一处理后的海绵放入酸性氯化物镀液后电沉积3～10分钟，电沉积过程中保持pH值＝1.0～1.5，然后水洗三至五次，再用碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液中浸泡至经电沉积处理的海绵的pH＝7～8(防止泡沫铁生锈)，再水洗三至五次，而后在100～120℃条件下烘干；三、烧结：将经步骤二处理后的导电海绵放入鼓入空气的烧结炉中，烧结炉内的温度由室温连续加热至750℃，连续升温时间3～5分钟，再连续冷却至200℃，连续降温时间3～5分钟；四、还原热处理：在通入氨分解气的隧道炉中，对烧结后的产物进行还原热处理；制得泡沫铁；其中步骤一中每平方米海绵骨架表面沉积金属5～10g，石墨导电胶的用量为30～60g/m²；步骤二中每升酸性氯化物镀液是由400～500gFeCl₂·4H₂O、0.5～5g丁二酸、0.1～1g钒的氯化物和余量的水制成；步骤二中电沉积的工艺参数：电沉积的温度为40～70℃，导电海绵作阴极，每平方米的阴极表观电流密度为3×10³～3×10⁴A；阳极材料为20号以下低碳钢或工业纯铁，阳极与阴极表观面积为1～2∶1；步骤四隧道炉中还原热处理的温度连续变化过程：从200℃左右连续升温至1150℃，连续升温时间为3～5分钟，保持1150℃3～5分钟，再连续冷却至100℃，连续冷却时间为15～20分钟。

步骤一中海绵为开孔聚氨酯海绵，还可采用纤维布或纤维毡替代海绵制备泡沫铁。步骤二的酸性氯化物镀液中所述的钒的氯化物为三氯化钒和/或四氯化钒。步骤二中碳酸钠溶液或氢氧化钠溶液的浓度为50～100g/L。

与现有技术相比，本发明具有以下优点。

1、本发明制得泡沫铁的铁含量超过99％，面密度为300～1500g/m²，孔径为30～110PPI，孔隙率≥90％，厚度为1～10mm，纵向抗拉强度≥1.0N/mm²；横向抗拉强度1.0N/mm²，卷绕性能≥Φ30mm。

2、本发明所述的氯化物镀液的导电性好，其电导率是硫酸盐型镀液的2.5倍，且允许大电流密度电沉积。因此，在常温下采用氯化物型镀液电沉积泡沫铁，对电源电压的要求低，电压只有硫酸盐型镀液的1/2，具有节省电能，沉积速度快的特点，并且铁离子和氯离子均不污染环境，符合我国节能减排和可持续发展的总体方针。

3、现有氯化物镀铁液的抗氧化能力较差，镀液与空气接触时，二价铁离子(Fe²⁺)易氧化变为三价铁离子(Fe³⁺)，三价铁离子容易在镀层表面形成氢氧化铁夹带到镀层中，使泡沫铁产生毛刺，变得粗糙、疏松，脆性明显增加。因此，抑制氯化物镀铁液中的三价铁离子含量是十分重要的，本发明用钒的氯化物抑制镀铁液中的三价铁离子含量增加。由于钒的氯化物在阴极还原生成V²⁺，V²⁺可还原溶液中的Fe³⁺为Fe²⁺，自身被氧化为高价V³⁺离子，生成的V³⁺比Fe³⁺容易到达在泡沫铁阴极的表面被还原为V²⁺，如此循环往复，抑制镀液中的Fe³⁺积累。其反应为：