泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料及其制备方法
专利汇可以提供泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 泡沫 铁 合金 材料、泡沫铁基 复合材料 及其制备方法、选择非金属多孔材料作模芯，通过化学 镀 铜 、镀镍或涂覆导电胶或 真空 磁控溅射 或多弧离子镀实现模芯的导电化，尔后再进行铁合金 电沉积 或铁基复合镀层的电沉积，最后经 热处理 还原炉处理，制成。本 发明 资源丰富、价格低廉、工艺性能优良，耐蚀性强，适应性好，是一种可替代泡沫镍的新材料。，下面是泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料及其制备方法专利的具体信息内容。
1、泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料，其特征 在于该材料呈大比表面积的泡沫多孔状或毡、织物状 外型，为片状或连续带状材料；所述铁合金是指该材 料的主要成分不仅含铁而且还含有至少镍、锌、镉、 锡、钴、铜、银、钯、钛、铝中的一种：所述的铁基 复合材料是指该材料为多层形式，包括铁和至少一层 其他金属材料：镍、锌、镉、锡、钴、铜、铬。
2、泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料的制备方 法，其特征在于选择不同材质、不同形貌、不同厚度 的非金属多孔材料作模芯，通过化学镀铜、化学镀镍 或涂覆导电胶或通过真空磁控溅射或/多弧离子镀实现 模芯材料的导电化，将导电化后的模芯材料进行铁合 金电沉积或铁基复合镀层的电沉积，电沉积后的泡沫 金属材料再经过真空、或氮气氛，或氢气氛保护下的 热处理还原炉处理，制成本发明的泡沫铁合金材料、 泡沫铁基复合材料。
3、根据权利要求2所述的泡沫铁合金材料、泡沫 铁基复合材料的制备方法，其特征在于所述的模芯导 电化处理工艺可以是(1)化学镀镍或化学镀铜：(2) 涂复导电胶，导电介质可以是镍粉或铁粉，也可以是 石墨，或碳黑，或乙炔黑，导电介质的颗粒度应是100 纳米(nm)至100微米(um)；(3)真空镀膜，镀覆的 金属为镍、铁、铜、钛、或铝。
4、根据权利要求2所述的泡沫铁合金材料、泡沫 铁基复合材料的制备方法，其特征在于所述的电沉积 可以是连续化带状的连续作业，也可以是块状间断作 业，铁合金材料应是在同一电解液体系中电沉积完成， 铁基复合材料应是在几种不同的电解液体系中分别电 沉积完成。
5、根据权利要求2所述的泡沫铁合金材料、泡沫 铁基复合材料的制备方法，其特征在于所用的模芯可 以是软性聚氨酯海绵，包括聚酯型或聚醚型，聚氨酯 海绵是由末端带有两个以上羟基的聚酯多元醇或聚醚 多元醇与二异氰酸酯、水、表面活性剂、催化剂及其 他添加剂发生聚合反应后形成的在主链上含有多个 -NH-C-O-基团的高分子化合物，称之为聚氨酯海绵，模 芯也可以是尼龙、聚丙烯化学纤维或棉质纤维纺织品 的网状材料，模芯可以是上述海绵或网材的单层，也 可以是由它们组成的双层或多层，如网加海绵加网或 海绵加网加海绵。
6、根据权利要求2所述的泡沫铁合金材料、泡沫 铁基复合材料的制备方法，其特征在于模芯在化学镀 铜或化学镀镍之前，必须进行除油污、粗化、亲水、 敏化、活化处理，除油污在碱性介质中进行，如在氢 氢化钠(5-30g/L)、碳酸钠(10-30g/L)，温度为10-40 ℃溶液中处理10秒-1分钟，然后漂洗清洁；
粗化常采用酸性介质进行处理，这些酸性介质有铬 酸、双氧水、重铬酸钾、高锰酸钾、氟化铵及磷酸、 硫酸、醋酸、盐酸，用量各为1-150g/L和0.5-50g/L；
亲水处理可与粗化同步进行，也可单独进行，如选 择0.01-5g/L阳离子表面活性剂进行处理；
敏化以氯化亚锡0.5-50g/L和盐酸0.5-30g/L于室温 下处理20秒至2分钟；
化学镀镍前的活化可采用离子型溶液也可采用胶体 钯型溶液，离子型溶液分为银离子型和钯离子型，银 离子型由硝酸银0.05-100g/L，氨水5-100g/L于室温下 处理10秒至10分钟，钯离子型由氯化钯0.05-1.5g/L， 盐酸0.25-20g/L或和氯化铵0.1-2.0g/L，于15-50℃下 处理10秒至5分钟，胶体钯型溶液可由下述方式配制 (1)氯化钯0.05-2.0g/L，氯化亚锡5-80g/L、盐酸 50-300g/L、氯化钠100-200g/L，(2)或将上述成分按 适当比例配成原液和补充液，并加尿素20-80g/L，间 苯二酚0.5-1.5g/L。
7、根据权利要求2所述的泡沫铁合金材料、泡沫 铁基复合材料的制备方法，其特征在于化学镀镍选用 中、低温弱碱性处理溶液，溶液成份为硫酸镍 (NiSO4.7H2O)：30g/L以下，亚磷酸钠(NaH2PO2.H2O)： 25g/L以下，柠檬酸钠(Na3C6H5O7.2H2O)或酒石酸钾 钠(KNaC4H4O6.4H2O)：60g/L以下，PH7-10，温度50 ℃以下，处理时间1-10分钟；
化学镀铜选用中、低温碱性处理溶液，溶液成份为硫 酸铜(CnSO4.5H2O)10-100g/L、甲醛3-50g/L，以酒石酸 钾钠KNaC4H4O6.4H2O)和/或乙二胺二乙酸二钠( EDTANa2.2H2O)10-100g/L作络合剂：PH：10-13，温度5 0℃以下，模芯也可不经前处理，直接涂覆导电胶达到导 电化的目的，导电胶由导电介质、粘结剂和溶剂组成，导 电介质至少可以是镍粉、铜粉、铁粉中的一种、也可 以至少是石墨、碳黑、乙炔黑中的一种，粘结剂至少为 醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚丙烯、聚丙氨酯中一种， 溶剂至少为丙酮、乙醇、三氯甲烷中的一种，导电胶的 涂覆方式可以是浸涂，也可以是喷涂，涂覆导电胶后的 模芯需在30-60℃烘干。
8、根据权利要求2所述的泡沫铁合金材料、泡沫 铁基复合材料的制备方法，其特征在于模芯也可采用 真空镀膜的方式实现导电化，真空镀膜可选择阴极磁控 溅射或多弧离子镀，也可采用两种方式组合的镀膜系统， 镀膜的传动可以是片状或连续带状，采用连续带状传动 阴极磁控溅射镀膜时，设备选用双室系统，严格控制 真空度，工件采用恒张力、低张力传动和卷绕，高效 冷却，自动纠偏，在进行磁控溅射之前，模芯要进行 较长时间的除气、除水，选用多弧离子镀时，要选择比 磁控溅射大得多的工件与靶之间的距离，例如200- 1000mm，真空度为10-3帕，镍靶为4对以上，其工艺流程 如下：模芯整卷进真空室-穿带至收卷室-试验走带情况 -封闭真空室并开始抽真空，达到真空度10-3帕-起辉磁 控溅射镀膜-关阀、停泵、停电源、停止走带-低温泵加 热除霜至室温-真空室放气-开门取收卷后的模芯-完成 该卷真空镀膜，真空镀膜可镀覆铁、锌、铝、钛、铜、 银、镍。
9、根据权利要求2所述的泡沫铁合金材料、泡沫 铁基复合材料的制备方法，其特征在于导电化后的模 芯，进行铁合金电镀或铁基复合镀层的电沉积处理；
铁镍合金镀层至少可采用下述工艺配方：
NiCl2.6H2O： 50-200g/L
FeCl2.4H2O： 20-200g/L
H3BO3： 20-100g/L
PH： 3-5
温度 50℃以下
铁基复合镀层至少可采用下述电沉积铁工艺配方中 的一种：
(1)FeSO4.7H2O： 100-300g/L
(NH4)2SO4： 50-200g/L
H3BO3： 20-100g/L
MnCl2.4H2O 2-20g/L
PH： 3-5
温度 60℃以下
(2)FeCl.4H2O 100-400g/L
NaCl 20-100g/L
MnCl2.4H2O 2-25g/L
H3BO3 20-100g/L
PH： 2.5-5
温度： 50℃以下
(3)FeSO4.7H2O： 100-300g/L
FeCl2.4H2O： 50-200g/L
H3BO3： 20-100g/L
PH： 2.5-5
温度： 60℃以下
10、根据权利要求2所述的泡沫铁合金材料、泡沫 铁基复合材料的制备方法，其特征在于铁基复合镀层 的产品可以根据不同用途在电沉积泡沫铁之后的表面 再电沉积镍或锌，电沉积镍可采用瓦特镍电镀工艺，电 沉积锌可采用锌酸盐电镀工艺，电沉积锡、钴、铜、 银、铬可采用常规电镀工艺。
本发明涉及新型材料领域，具体涉及泡沫铁或铁合 金材料、泡沫铁基复合材料及其制备方法。
目前在镍正极系列碱性可充电池中使用的电极基板 材料，普遍采用泡沫镍，由于镍资源在地球上的相对 贫乏，决定了泡沫镍的价格居高不下，为降低电池成 本，人们寻求其他泡沫金属材料如泡沫铁材料来取代 泡沫镍，但由于铁材料在湿法生产和贮运过程中常常 受到严重的腐蚀，给材料的进一步加工带来不便，甚 至无法使用，因此纯泡沫铁材料一般不能适应电池的 生产工艺和复杂气候环境的耐蚀性要求；另外考虑到 电池中电极反应的催化活性和基板导电性能的特殊要 求，如大电流放电等，因此需要在泡沫铁表面再镀履 至少一层其他金属如铁、锌、钴、锡、铜、铬等形成 铁合金。
本发明之目的旨在提供一种价格低廉、工艺性能优 良、耐蚀性强、适应性好的泡沫铁合金材料、泡沫铁 基复合材料及其制备方法，替代传统使用的泡沫镍或 镍毡，制作碱性电池正负极基板材料，有效地降低电 池生产成本，改善和提高电池品质。
本发明的技术解决方案是：这种泡沫铁合金材料、 泡沫铁基复合材料呈大比表面积的泡沫多孔状或毡、 织物外型，为片状或连续带状材料；所述铁合金是指 该材料的主要成份不仅含铁，而且至少含有镍、锌、 镉、锡、钴、银、钯、钛、铝中的一种或多种：所述 的铁基复合材料是指该材料为多层，包括铁和至少一 种其他金属材料：镍、锌、锡、钴、铜、铬，这种泡 沫铁或铁合金材料、泡沫铁基复合材料的制备方法为： 选择不同材质、不同形貌、不同厚度的非金属多孔材 料作模芯，通过化学镀铜，化学镀镍或涂复导电胶或 通过真空磁控溅射或多弧离子镀实现模芯材料的导电 化处理，将导电化后的模芯材料进行铁、铁合金的电 沉积及铁基复合材料的多层电沉积，电沉积后的材料 再经过真空、或氮分氛，或氢气氛保护下的热处理还 原炉进行热处理，制成本发明的泡沫铁或铁合金材料、 泡沫铁基复合材料。
本发明提供的泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料 价格低廉、工艺性能好，可替代现有泡沫镍材料，制 作碱性电池的电极基板，解决了现有镍资源贫乏，成 本价格高的问题，有效降低了电池生产成本，在泡沫 金属的其他应用领域，如过滤介质、集、散热材料， 选用本发明的泡沫铁或铁合金或泡铁基复合材料，也 能有效地降低材料成本。同时，本发明的泡沫铁或铁 合金材料、泡沫铁基复合材料耐蚀性较强，适应电池 的生产工艺和复杂气候环境的耐蚀性要求，制成的电 极基极，能满足电池中电极反应的催化活性及对基板 导电性能的要求。本发明构思新颖，工艺完备，生产 可靠，技术性能优良。
下面对本发明作进一步详细说明：
本发明选择适当的模芯材料，所谓适当是指不同材 质、不同形貌、不同厚度的非金属多孔材料，如聚氨 酯、尼龙、聚丙烯等化学纤维或棉质纤维纺织品的网 状材料。模芯材料通过化学镀铜、化学镀镍或涂覆导 电胶或通过真空磁控溅射或多弧离子镀实现模芯材料 的导电化，再将导电化后的模芯材料进行铁或铁合金 或铁基复合材料的电沉积，电沉积后的泡沫金属材料 经过氢气氛保护的热处理还原炉处理，达到该材料的 多项机械物理性能要求。
泡沫铁或铁合金材料及泡沫铁基复合材料呈大比表 面积的泡沫多孔状或毡、织物状等外型，为片状或连 续带状材料。
所谓铁合金是指该材料的主要成分除铁之外还含有 镍、锌、镉、锡、钴、银、钯、钛、铝中的一种或多 种并可严格控制：所谓铁基复合材料是指该材料以多 层形式，包括了镍、锌、锡、钴、铜、银、铬中至少 一种除铁之外的其他金属。该材料可以是泡沫状，也 可以是多孔网状，厚度可以是0.2～8.0mm。
本发明可用于镍系碱性可充电池，如镍镉电池的正 极基板或负极基板，替代传统使用的泡沫镍或镍毡， 可有效地降低电池生产成本，而且由于引入了其他金 属，构成泡沫铁合金或铁基复合材料，铁合金和铁基 复合材料与泡沫铁相比能明显改善基板材料在电池反 应中的催化活性或耐蚀性能及其他电性能。
本发明材料采用下述生产工艺制备而成：模芯导电 化处理-电沉积-真空或氮气，或氢气氛保护下的热处 理。
所述的模芯导电化处理工艺可以是(1)化学镀镍 或化学镀铜：(2)涂复导电胶，导电介质可以是与泡 沫金属材料相同的金属粉，也可以是石墨，或碳黑， 或乙炔黑。导电介质的颗粒度应是数百纳米(nm)至 100微米(um)左右；(3)真空镀膜，镀覆的金属为 铁、铜、锌、铝、钛、银、镍。
所述的电沉积可以是连续化带状的连续作业，也可 以是块状间断作业。铁合金材料应是在同一电解液体 系中电沉积完成，铁基复合材料应是在几种不同的电 解液体系中分别电沉积完成；
所述的热处理是在真空，或氮气氛，或氢气保护下 的热处理，热处理过程可以是一次，也可以两次完成。
本发明材料所用的模芯可以是软性聚氨酯海绵，包 括聚酯型或聚醚型，聚氨酯海绵是由末端带有两个以 上羟基的聚酯多元醇或聚醚多元醇与二异氰酸酯、水、 表面活性剂、催化剂及其他添加剂发生聚合反应后形 成的在主链上含有多个-NH-C-O-基团的高分子化合 物，称之为聚氨酯海绵。模芯也可以是尼龙、聚丙烯 等化学纤维或棉质纤维纺织品的网状材料。模芯可以 是上述海绵或网材的单层，也可以是由它们组成的双 层或多层，如网加海绵加网共三层或海绵加网加海绵 共三层，网与海绵之间的结合可以是热压合或聚氨酯 胶粘合。
模芯的导电化可以采用化学镀镍，也可采用化学镀 铜工艺，何种化学镀工艺，应视最终材料的用途而定， 如作电池材料的正极基板，不允许有较高的铜杂质， 可能化学镀铜不适合，无论化学镀铜或化学镀镍之前， 必须进行除油污、亲水、粗化、敏化、活化处理。除 油污在碱性介质中进行，如在氢氢化钠(5-30g/L)、碳 酸钠(10-30g/L)，温度为10-40℃溶液中处理10秒-1 分钟，然后漂洗清洁。
粗化常采用酸性介质进行处理。这些酸性介质有铬 酸、双氧水、重铬酸钾、高锰酸钾、氟化铵另外补加 磷酸、硫酸、醋酸、盐酸。用量为前者1-150g/L补加 者0.5-50g/L。
亲水处理可与粗化同步进行，也可单独进行，如选 择0.01-0.5/L阳离子表面活性剂进行处理。
敏化以氯化亚锡0.5-50g/L和盐酸0.5-30g/L。于室 温下处理20秒至2分钟。
化学镀镍前的活化可采用离子型溶液也可采用胶体 钯型溶液。离了型溶液分为银离子型或钯离子型。银 离子型由硝酸银0.5-100g/L，氨水5-100g/L于室温下 处理10秒至10分钟。钯离子型由氯化钯0.03-1.5g/L， 盐酸0.25-20g/L或/和氯化铵0.1-2.0g/L，于15-50℃下 处理10秒至5分钟。胶体钯型溶液可由下述方式配制 (1)氯化钯0.05-2.0g/L，氯化亚锡5-80g/L，盐酸50- 300g/L，氯化钠100-200g/L(2)或将上述成分按适当 比例配成原液或补充液，并加尿素20-80g/L，间苯二 醇0.5-1.5g/L。
活化后的模芯可进行化学镀镍或化学镀铜达到导电 化的目的。
化学镀镍选用中、低温弱碱性处理溶液。溶液成份 为硫酸镍(NiSO4.7H2O)：30g/L以下，次亚磷酸钠 (NaH2PO2.H2O)：25g/L以下，柠檬酸钠 (Na3C6H5O7.2H2O)或酒石酸钾钠(KNaC4H4O6.4H2O)： 60g/L以下。PH7-10，温度50℃以下，处理时间1-10 分钟。
化学镀铜选用中、低温碱性处理溶液，溶液成份 为硫酸铜CnSO4.5H2O)10-100g/L、甲醛3-50g/L，以酒 石钾钠KNaC4H4O6.4H2O)或乙二胺四乙酸二钠 (EDTANa2.2H2O)10-100g/L作络合剂：PH：10-13， 温度50℃以下。模芯也可不经前处理，直接涂覆导电 胶达到导电化的目的。导电胶由导电介质、粘结剂和 溶剂组成。导电介质可以是镍粉、铜粉、铁粉、也可 以是至少为石墨、碳黑、乙炔黑中的一种。粘结剂至 少为醇酸树脂、丙烯酸树酯、聚丙烯、聚氨酯胶中一 种，溶剂至少为丙酮、乙醇、三氯甲烷中的一种。导 电胶的涂覆方式可以是浸涂，也可以是喷涂。涂覆导 电胶后的模芯需在30-60℃中烘干。
模芯也可采用真空镀膜的方式实现导电化。真空镀 膜选用非平衡磁场的磁控溅射或多弧弧离子镀。也可 采用两种方式组合的镀膜系统。镀膜的传动可以是片 状或连续带状。采用连续带状传动阴极磁控溅射镀膜 时，设备选用双室系统，严格控制真空度，工件采用 恒张力、低张力传动和卷绕，高效冷却，自动纠偏， 在进行磁控溅射之前，模芯要进行较长时间的除气、 除水。选用多弧离子镀时，要选择比磙控溅射大得多 的工件与靶之间的距离，例如200-1000mm。真空度为 10-3帕。镍靶为4对以上。其工艺流程如下：模芯整卷 进真空室-穿带至收卷室-试验走带情况-封闭真空室并 开始抽真空，达到真空度10-3帕-起辉磁控溅射镀膜-关 阀、停泵、停电源、停止走带-低温泵加热除霜至室温- 真空室放气-开门取收卷后的模芯-完成一卷真空镀膜。
真空镀膜可镀覆铁、锌、铝、钛、铜、银、镍。
导电化后的模芯，进行铁合金电镀或铁基复合镀层 的电沉积处理。
铁镍合金镀层至少可采用下述工艺配方：
NiCl2.6H2O： 50-200g/L
FeCl2.4H2O： 20-200g/L
H3BO3： 20-100g/L
PH： 3-5
温度 50℃以下
铁基复合镀层至少可采用下述电沉积工艺配方中的 一种：
(1)FeSO4.7H2O： 100-300g/L
(NH4)2SO4： 50-200g/L
H3BO3： 20-100g/L
MnCl2.4H2O 2-20g/L
PH： 3-5
温度 60℃以下
(2)FeCl.4H2O 100-400g/L
NaCl 20-100g/L
MnCl2.4H2O 2-25g/L
H3BO3 20-100g/L
PH： 2.5-5
温度： 50℃以下
(3)FeSO4.7H2O： 100-300g/L
FeCl2.4H2O： 50-200g/L
H3BO3： 20-100g/L
PH： 2.5-5
温度： 60℃以下
铁基复合镀层的产品可以根据不同用途在电沉积泡 沫铁之后的表面再电沉积镍或锌。电沉积镍可采用瓦 特镍电镀工艺，电沉积锌可采用锌酸盐电镀工艺。锡、 钴、铜、银、铬采用常规电镀工艺。
因此，本发明涉及至少一种新型材料及其制备方 法，具体涉及一种或多种有别于普通泡沫铁和其它单 一泡沫金属及其制备方法。
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