[发明专利]纳米多孔镍块体的制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及镍基合金，具体地说是纳米多孔镍块体的制备方法。

背景技术

纳米多孔镍结构主要由金属镍骨架及多孔所组成。与致密块体镍相比，纳米多孔镍内部存在大量的纳米孔隙，该种材料具有诸多优异的特性，如密度小、比表面积大、光学性能以及电化学性能优良等，因而可用来制作过滤器、催化剂及催化剂载体、多孔电极等。对纳米多孔镍的研究成为新型多孔材料研究领域的热点之一。

脱合金方法是制备纳米多孔金属材料的有效途径之一。该方法是一种腐蚀技术，可选择性的去除合金中更活泼的金属，从而获得相对惰性金属的纳米多孔结构。由于非晶体中原子呈长程无序排列状态，因而选择非晶合金为前驱体进行脱合金处理，可避免因晶体缺陷和偏聚等晶体材料所具有的普遍特征对纳米多孔金属材料制备效果的限制。

H.J.Qiu等(Journal of Power Sources,2014,247:869-905.)将前驱体合金Ni₃₀Mn₇₀在900℃下退火24小时后冷轧成厚度为50μm的条带，通过化学/电化学脱合金成功制备出了的纳米多孔镍条带。但所选择的前驱体为晶态材料，脱合金后孔洞与韧带尺寸不均匀。CN103243357A公开了“三维多孔镍薄膜的制备方法”，利用紫铜片作为阴极、镍片作为阳极，在所配制的电镀液中，采用氢气泡动态模板电沉积法在所述紫铜片上形成三维多孔镍薄膜。该方法制备出的多孔材料的形貌不易控制、孔结构不均匀，而且制造工艺较复杂，生产周期较长，不适合大规模生产。CN103194772A披露了“一种制备镍金属管状纳米阵列的电化学方法”，该方法制备镍纳米管需先制备铝模板，然后采用二次阳极氧化法制备多孔氧化铝模板(AAO)，再利用循环伏安法制备Ni纳米管。该方法制备过程复杂，成本较高，不利于产业化，且样品宏观尺寸小，应用范围受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供纳米多孔镍块体的制备方法，选用非晶形成能大的且在氢氟酸腐蚀液中元素间电位差大的镍基合金，来制备大尺寸的镍基非晶块体，并采用脱合金工艺制得块体的大面积均匀的纳米多孔镍，克服了现有技术制得的多孔镍宏观尺寸小、形貌不易控制、孔结构不均匀的缺陷，同时也克服了现有技术制备多孔镍方法的工艺较复杂、生产周期较长、成本较高和不适合大规模生产的缺点。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：纳米多孔镍块体的制备方法，选用非晶形成能大的且在氢氟酸腐蚀液中元素间电位差大的镍基合金，来制备大尺寸的镍基非晶块体，并采用脱合金工艺制得大面积均匀的纳米多孔镍块体，具体步骤如下：

第一步，镍基非晶合金原料的选择：

选择非晶形成能大，且在氢氟酸腐蚀液中元素间电位差大的镍基非晶合金原料为制备先驱体合金的材料；

第二步，先驱体合金的制备：

将第一步中选择的镍基非晶合金原料放入真空度为9.0×10^-4Pa的真空电弧炉中，加热到熔融状态，通入惰性气体，使真空电弧炉腔体与模具之间产生气压差，将熔融的液态合金吸入模具中，获得厚度为1mm、宽为1cm和长度为7cm的镍基非晶态母合金片；

第三步，纳米多孔镍块体的制备：

采用脱合金工艺制备纳米多孔镍，即将第二步制得的镍基非晶态母合金片在室温下置于0.45mol/L氢氟酸腐蚀液中进行脱合金化处理4h，采用去离子水清洗3次，每次10秒，从而制得均匀和连续范围在厚度上达到了1mm、长度上达到7cm和宽达到1cm的纳米多孔镍块体，而后保存在真空度为1×10^-1MPa的真空干燥箱中备用。

上述纳米多孔镍块体的制备方法，所述非晶形成能大，且在氢氟酸腐蚀液中元素间电位差大的的镍基非晶合金是Ni₄₅Ti₂₀Zr₂₅Al₁₀、Ni₆₀Nb₂₀Ti₁₅Zr₅或Ni₆₀Nb₂₅Ti₁₅，其中元素符号的右下标数值为元素组成的原子百分比。

上述纳米多孔镍块体的制备方法，所述惰性气体为纯度为体积百分比浓度99.9％的氩气。

上述纳米多孔镍块体的制备方法，所述真空电弧炉腔体与模具之间的气压差为0.02MPa。