泡沫鎳的電沉積法制備研究進(jìn)展

陳衛(wèi)東＊，陳艷麗，王崇國(guó)

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

泡沫鎳是一種具有高孔隙率、較大的比表面積、低價(jià)格、高率導(dǎo)電性的多孔骨架三維立體結(jié)構(gòu)的一種新型功能材料，在燃料電池、電池電極材料、催化劑材料、過(guò)濾器、吸聲材料等領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。

1 泡沫鎳的制備工藝

目前，泡沫鎳的制備工藝主要有五種：燒結(jié)法、發(fā)泡法、氣相沉積法、濺射沉積法和電沉積法。

表1 各種泡沫鎳的制備工藝比較

世界上幾家大型泡沫鎳生產(chǎn)企業(yè)大多采用電沉積法，因?yàn)榕c發(fā)泡法、氣相沉積法、濺射沉積法相比較，此方法生產(chǎn)的泡沫鎳具有韌性好、基體輕、空隙率高、生產(chǎn)成本低、設(shè)備投資少等特點(diǎn)。

2 改變泡沫鎳的物理性能方法

國(guó)內(nèi)一些研究者在電沉積法的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，以求制備更高質(zhì)量的產(chǎn)品。如菏澤天宇科技開(kāi)發(fā)有限公司[5]發(fā)現(xiàn)在電沉積操作工序中，存在電鍍液長(zhǎng)時(shí)間使用可能夾雜原材料、空氣塵埃、鍍槽本體等雜質(zhì)問(wèn)題，含有雜質(zhì)的電鍍液會(huì)引起產(chǎn)品外觀的缺陷，所以一般電鍍液的使用周期大約為60天，60天后就必須更換電鍍液，從而增加了生產(chǎn)成本。他們?cè)陔姵练e工序中進(jìn)行了改進(jìn)，在電鍍槽中安裝至少兩個(gè)相連的、裝有活性炭的過(guò)濾筒體，工作時(shí)，電鍍液通過(guò)循環(huán)泵打入過(guò)濾筒體，經(jīng)過(guò)濾后再返回到鍍槽內(nèi)，從而凈化了電鍍液。通過(guò)安裝過(guò)濾裝置，降低了電鍍液的更換頻率，降低了生產(chǎn)成本，電鍍液可以連續(xù)使用60天～300天。而且產(chǎn)品質(zhì)量也得到改進(jìn)，如表2。

表2 改進(jìn)前后泡沫鎳物理性能對(duì)比

比亞迪股份有限公司[6]在電沉積槽液中加入了一種有機(jī)添加劑，分子式為CCl3CH(OH)2的水合氯醛或其衍生物或水合氯醛與其衍生物的混合物。這種改進(jìn)明顯提高了泡沫鎳的強(qiáng)度，特別是抗拉強(qiáng)度。利用這種泡沫鎳所生產(chǎn)的電池極片具有不易斷裂，強(qiáng)度高，制片效率高等特點(diǎn)。見(jiàn)表3。

表3 有機(jī)添加劑加入前后泡沫鎳物理性能對(duì)比

3 脈沖電沉積鎳工藝對(duì)電沉積工序進(jìn)行改進(jìn)

北京師范大學(xué)的段翠云等人[7]探討了電沉積法工藝條件對(duì)泡沫鎳比表面積的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電鍍后先在600℃的空氣中燒結(jié)4min再進(jìn)行還原燒結(jié)所得產(chǎn)品，與電鍍后直接在850℃～980℃的氨分解氣氛中燒結(jié)40min所得產(chǎn)品，具有相同的表面形態(tài)和比表面積。

四川大學(xué)的李開(kāi)華等人[8]對(duì)導(dǎo)電層制備工序進(jìn)行了改進(jìn)，采用低溫堿性液化學(xué)鍍鎳方法進(jìn)行導(dǎo)電化處理，摸索出了一種低溫堿性液化學(xué)鍍鎳工藝。此方法制備的產(chǎn)品結(jié)合緊密、均勻，導(dǎo)電性好，泡沫鎳樣品，密度為0.74g/cm3，孔隙率達(dá)到91.7%。

中國(guó)工程物理研究院[9]采用脈沖電沉積鎳工藝對(duì)電沉積工序進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)沉積速率隨電流密度的增加而增大，隨占空比的增加而減少，而脈沖頻率對(duì)沉積速率的影響不明顯。得到的泡沫鎳晶體結(jié)構(gòu)完整、粒度分布均勻、結(jié)構(gòu)平整。

圖1 電解液噴射沉積法原理圖

長(zhǎng)沙力元新材料股份有限公司[10]對(duì)導(dǎo)電層制備工序進(jìn)行了改進(jìn)，在進(jìn)行化學(xué)鍍鎳之前，進(jìn)行了除油污、粗化、親水、敏化、活化等前期處理，使得產(chǎn)品不合格率下降了5%左右，制備的泡沫鎳做成的電池容量提高了2.5%，內(nèi)阻降低1%以上，電池壽命提高了25%。

淮海工學(xué)院的陳勁松等人[11]提出了一種泡沫鎳制備的新方法—電解液噴射沉積法。其原理是采用很高的電流密度進(jìn)行電沉積，在高電流密度下，形成多枝杈的枝晶，枝晶相互靠攏、交叉金屬沉積層很容易形成疏松、多孔的泡沫組織，逐漸形成了多孔金屬結(jié)構(gòu)。與其它方法相比，噴射沉積法沒(méi)有其它輔助材料的介入。并且研制了一種電解液噴射電沉積裝置，見(jiàn)圖1。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電沉積法由于操作簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)在泡沫鎳制造企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。研究者也對(duì)該方法進(jìn)行了不斷改進(jìn)，其目的就是保證泡沫鎳的使用性能，降低生產(chǎn)成本，滿足各領(lǐng)域?qū)ε菽嚨氖褂眯枨蟆?/p>