专利名称：多孔泡沫金属材料的制造方法
技术领域：
本发明涉及泡沫金属材料的制造，特别涉及一种多孔泡沫金属材料的制造方法，以及一种用于实施该方法的制造设备。
背景技术：
近年来，各研究机构在材料学核心刊物和学术会议上发表的有关多孔金属材料性能的研究论文与日俱增，这表明业界对多孔金属性能的研究兴趣越来越浓厚。
多孔泡沫金属材料的一个特点是显著扩大了金属性能的范围，这些性能包括各种物理性能、力学性能和热学性能等，例如机械强度、阻热耐热性、导电性以及声学降噪性能等(其等于材料实体的体积百分比ρ/ρS与热流有效系数的乘积)。
多孔泡沫金属材料的导热性主要由其实体部分的导热所决定，而气体的作用、穿越气孔的热辐射、孔内的对流则起到有效的冷却效果，因此可应用于需要实现热交换、阻尼及过滤等功能的场合。该种材料的导电性的表现也与导热性类似。
总之，多孔泡沫金属材料的优点是相对低的密度、合适的平台应力水平、良好的耐热性和阻燃性，因此，它们可用于交通、建筑、汽车、军事、航空等工业，例如如机动车尾气净化催化剂、多孔金属蜂窝载体、粉末冶金、热交换、阻热、电磁屏蔽等等。
多孔泡沫金属材料可以利用各种工艺制造，例如包括但不限于电镀、电铸造、氧化、化学镀、化学转换膜处理、热浸镀、热喷涂、涂料与涂装、化学热处理、堆焊、物理气相沉积(PVD)、离子注入、化学气相沉积(CVD)、电泳及静电喷涂、热烫印、冲击镀、超硬膜、激光表面处理等各种生产工艺，但是现有工艺的缺点是制造过程复杂，成本很高，而且不利于环保。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种多孔泡沫金属材料的制造方法，其具有工艺简单和成本低等优点。
本发明的上述通过下列技术方案实现一种多孔泡沫金属材料的制造方法，包含以下步骤在该基材表面形成一层导电层；利用电镀工艺在该基材的导电层之上形成一层金属或合金层；通过烧结处理去除该基材的发泡体聚合物，从而获得一层多孔泡沫金属层；以及对该多孔泡沫金属层进行还原处理。
优选地，在上述方法中，所述发泡体聚合物为聚酯型、聚酯聚醚型或聚醚型聚氨酯泡沫体。
优选地，在上述方法中，所述发泡体聚合物的开孔率为80％～99％，PPI孔数为3～50个，密度为30±3公斤/立方米，厚度范围为0.8～100mm。
优选地，在上述方法中，在形成所述导电层之前先对所述基材进行去油酯处理。
优选地，在上述方法中，通过在该发泡体聚合物基材表面涂覆一层纳米级石墨导电涂料层并烘干来形成导电层。
优选地，在上述方法中，通过下列工艺中的一种在该发泡体聚合物基材表面形成导电层化学镀、电弧喷涂、电弧喷涂、线爆喷涂、等离子喷涂、真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀。
优选地，在上述方法中，按照下列方式在所述导电层上形成所述金属或合金层将多个阳极板和多个阴极板交替设置在电镀槽内，所述基材固定于所述阴极板上，并且使所述阴极板相对于位于其两侧的所述阳极板作往复运动。
优选地，在上述方法中，所述金属包括Cu、Ag、Sn、Fe、Ni、Zn、Pb中的至少一种，所述合金包括锌合金、锌铁合金、锡合金、锡钴合金、铜合金、镍合金、铜镍合金、铁镍合金中的至少一种。
优选地，在上述方法中，烧结处理在300℃～500℃下的空气气氛下进行，还原处理在700℃～980℃下的氢气和氮气气氛下进行。
本发明的另一个目的是提供一种用于多孔泡沫金属材料的电镀装置，其具有工艺简单、生产效率高和可方便加厚成品的镀层厚度等优点。
本发明的上述目的通过下列技术方案实现一种电镀装置，用于在由发泡体聚合物制成的基材的导电层之上形成一层金属或合金层，包含一个主镀槽；一个设置在所述主镀槽敞口附近的回流槽；一个循环槽，一方面通过进液管路与所述主镀槽的底部相连以将设定成份、配比、温度和PH值的电镀液送入所述主镀槽，另一方面通过回流管路与所述回流槽相连以回收从所述主镀槽敞口溢出的电镀液；以及交替设置在主镀槽内的多个阳极和多个阴极。
优选地，在上述电镀装置中，所述阴极为一个由绝缘材料制成的框架，用于固定由发泡体聚合物制成的基材的周边。
优选地，在上述电镀装置中，所述阴极进一步包含一个由绝缘材料制成的屏蔽板，其与所述框架固定在一起以遮挡所述镀件的部分表面。
优选地，在上述装置中，进一步包括一个设置于所述主镀槽上方的滑动架，与所述框架的一个侧边相连并带动所述框架相对于位于其两侧的所述阳极作往复运动。
本发明的有益效果包括(1)工艺简单，大幅度降低了制造成本；(2)由于镀件可以两面同时电镀，因此提高了生产效率；(3)由于可方便地使金属或合金的镀层加厚，因此提高了产品的性能，扩大其应用范围。
附图简述以下借助附图描述本发明的较佳实施方式，所示图表仅是示意性的，并不构成对本发明保护范围的任何限定。
图1为按照本发明一个较佳实施例的电镀装置示意图。
图2为图1所示电镀装置1的主镀槽11的俯视图，其示出了阳极与阴极的排列方式。
图3为图1所示电镀装置中滑动架悬臂与框架结合的示意图。
具体实施例方式
以下描述按照本发明一个较佳实施例的多孔泡沫金属材料的制造方法。
在本发明的制造方法中，选作基材的材料为发泡体聚合物，其几何尺寸以及理化参数可根据实际情况选定或以仿形切割机(ContourCutting Machine)切出所需形状。例如在本实施例中，可以采用诸如聚酯型、聚酯聚醚型或聚醚型聚氨酯泡沫体之类的发泡体聚合物作为基材材料，该基材的厚度在0.8～100mm之间(例如厚度为40mm)，长宽比为300mm×400mm，开孔率为80％～99％，PPI孔数为3～50个，密度为30±3公斤/立方米。
对于聚酯型、聚酯聚醚型或聚醚型聚氨酯泡沫体，需要进行去除油脂的处理。为此，在步骤中，将基材放入除油槽中的除油溶液进行浸泡一定的时间(例如10分钟左右)，除油溶液中的除油剂可选用碳酸钠(Na2CO3)或氢氧化钠(NaOH)，溶液的PH值不宜过高(例如不超过8.5)，以免起不到除油的效果。比较好的是将溶液温度控制在30～50℃之间。
在步骤2中，用纯水冲洗浸泡过的基材以去除基材中包含的除油溶液，并用吸水材料(例如包括但不限于吸水泡棉)将基材中的水吸除干净。
在步骤3中，将经过步骤2处理的基材表面涂覆一层纳米级石墨导电涂料层，涂覆方式例如可以为，利用橡胶辊在基材表面反复碾压导电涂料层，使得涂料沉积在基材的表面以形成导电膜层。
在步骤4中，对经过步骤3处理的基材进行烘干，烘干温度和时间视基材材料而定，例如在本实施例中，可以先将在120～150℃的温度下烘干，持续时间为若干分钟，然后在50～90℃的温度下烘干6～15小时。
值得指出的是，也可通过其它的工艺在上述基材表面形成导电膜层，这些工艺例如包括但不限于化学镀、电弧喷涂、电弧喷涂、线爆喷涂、等离子喷涂、真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀等。
在步骤5中，可以利用电镀工艺，在形成导电膜层的基材上电镀所需的金属或合金层。为了形成泡沫镍金属材料，电镀液的主要成份及其配比为氨基磺酸镍〔Ni(SO3NH2)2·4H2O〕300～450g/L，氯化镍(NiCl2·6H2O)10～20g/L，硼酸(H3BO3)30～45g/L；添加剂包括无水硫酸钠(Na2SO4)0.5～15g/L，糖精0.8～1.0g/L，十二烷基硫酸钠(C12H25SO4Na)0.05～1g/L。电镀液的pH值可控制在3.8～4.8的范围内，电镀液的温度控制在40℃～55℃之间，阴极电流密度例如可以取为0.8～1.5A·dm-1，阳极采用金属镍板或含硫镍球的形式。
为了形成泡沫铜金属材料，电镀液可采用焦磷酸盐镀铜溶液，具体而言，电镀液以焦磷酸钾(K4P2O7.3H2O)为主络合剂，主要成分包括焦磷酸铜(Cu2P2O7)、焦磷酸钾(K4P2O7.3H2O)、硝酸盐(NH4NO3)、氨水(NH4OH)等，其中，焦磷酸铜(Cu2P2O7)、焦磷酸钾(K4P2O7.3H2O)、柠檬酸和氨水的用量分别为60～70g/L、300～320g/L、20～25g/L和2～3ml/L，电镀液的PH值控制在8～9的范围内，温度控制在40～45℃范围内，电流密度为0.8～1.2A/dm2，阳极采用电解铜板制成的阳极板。
在步骤5的电镀处理中，为了提高生产效率并且使形成于石墨导电层上的金属或合金层能够达到更大的厚度，可以将多个阳极和多个阴极以图2所示的方式交替设置在电镀槽内，使得每个阴极的前后两侧都面对阳极。此外，基材被固定于阴极上，并且使阴极相对于位于其前后两侧的阳极作往复运动。
值得指出的是，上面虽然以镍和铜为例描述了电镀处理过程，但是本发明中电镀的金属或合金并不局限于上述情形，还包括但不限于铜、银、金、锡、铁、镍、锌、铅、镉、锌合金、锌铁合金、锡合金、锡钴合金、铜合金、镍合金、铜镍合金、铁镍合金和钼合金等。
对于本领域内的技术人员来说，只需对电镀工艺进行相应的调整(例如改变电镀溶液和阳极金属)即可制造出其它金属或合金的泡沫金属材料，此处不再一一举例说明。
在步骤6中，通过烧结处理使得发泡体聚合物完全挥发，从而获得一层多孔泡沫金属。烧结处理立场可在300℃～600℃下的空气气氛下进行。
优选地，在步骤6的烧结处理之前，将电镀处理后的基材进行酸洗，然后再烘干。
在步骤7中，对烧结后的多孔泡沫金属进行还原处理。还原处理例如可在700℃～1000℃下的氢气和氮气气氛下进行。
以下借助附图按照本发明另一个实施例的电镀装置。
图1为按照本发明一个较佳实施例的电镀装置示意图。
参见图1，电镀装置1包括主镀槽11、回流槽12、循环槽13、回流管路14和进液管路15。
为回收从主镀槽1敞口溢出的电镀液，回流槽12围绕主镀槽11的敞口设置并且密封固定于主镀槽11敞口附近的外壁上。回流槽12的下方开设有通往循环槽13的出口，以使电镀液能够保持不断循环。
循环槽13分别通过回流管路14和进液管路15与回流槽12和主镀槽11连通。优选地，循环槽13的进口设置为低于回流槽12出口，因此回流槽12内回收的电镀液依靠重力即可自流入循环槽13，与此同时，在主镀槽11下部设置进口，因此来自循环槽13的电镀液从主镀槽11下部进入并向上和旁边流动，从而与原有的电镀液实现充分的混合和热交换，并使原有的电镀液溢出到回收槽2。由于循环槽3的出口低于主镀槽11的进口111，因此在进液管路15内设置一个过滤机151，通过调整过滤机的电镀液抽取速度来调节主镀槽1的液位。在循环槽13的底部还设置有加热管道和冷却管道(未画出)，以将电镀液的温度控制在所需的范围内。此外，还可以通过改变循环槽13内的电镀液的成份、配比和PH值来调节主镀槽1内电镀液的成份、配比和PH值。
优选地，在主镀槽11内还设置有甩干机(未画出)，因此当镀件完成电镀后用甩干机脱干基材内的电镀液以节省生产成本。
由上可见，按照本发明的实施例，通过采用主镀槽11、回流槽12和循环槽13的组合来保持主镀槽11内液位的平稳，并且借助循环槽13来调节电镀液的温度、PH值和成份和配比等，从而使基材上的金属或合金层具有良好的结晶度和均匀性。
图2为图1所示电镀装置1的主镀槽11的俯视图，其示出了阳极与阴极的排列方式。如图2所示，在主镀槽11内，阳极112a～112c与阴极113a和113b交替设置，使得每个阴极的前后表面都面对一个阳极。阳极112a～112c与电源(未画出)的正极相连，其例如可以是由所镀金属或合金的材料制成的金属板，在另一种可选方式中，阳极也可采用导电钛篮的形式，其中，将所镀金属块或条置于该导电钛篮内。
镀件(这里为已经形成导电膜层的发泡体聚合物基材)应设置于阴极113a和113b附近，在一种可选方式下，阴极113a和113b可采用图3所示的框架结构。参见图3，该框架31的框体312可固定住基材或镀件33的周边，此外，在框架内还设置有导电金属棒(未画出)作为阴极导线，从而可将容纳在框架内的镀件与电源的负极相连。优选地，框架由绝缘材料制成，以避免在框架上形成所镀金属或合金。
在图2所示的电镀装置1中，由于每个阴极的两个面都面对阳极，因此可以加快电镀速度或提高电镀层的厚度和均匀度。此外，为了进一步提高电镀厚度和均匀度，还可在主镀槽11上方设置一个滑动架114a和114b，分别用于带动阴极113a和113b沿图2中箭头所示方向运动。
图3示出了作为阴极的框架与滑动架的连接结构，如图3所示，框架31的上侧边形成有挂钩311从而可将整个框架31悬挂在图2所示滑动架113a或113b的悬臂32上，这样，当滑动架沿图2中箭头所示方向运动时，镀件33将随滑动架一起相对于镀件前后两侧的阳极作往复运动。
在镀件33的表面可以覆盖具有一定图案的屏蔽板34，其由绝缘材料制成并且形状例如可以是图3所示的十字架形。参见图3，屏蔽板34将镀件33的表面分为4个小区域，当开始电镀时，这种方式有利于在镀件表面尽快形成稳定的电镀金属层。当经过一段时间后，屏蔽板34即被移去，此时原先被屏蔽板遮挡的表面部分也开始形成金属层。屏蔽板34的十字架端部延伸至框架31的侧面，从而可固定在镀件33的表面。值得指出的是，屏蔽板的形状并不局限于十字架形，还可以采用其它形状，只要能够将镀件表面划分为若干区域即可。
按照本发明方法制成的多孔泡沫金属的应用范围包括但不限于高弯曲刚度的轻量机构件、轻量机构的冲击能量吸收、热稳定性/阻燃性的附加要求、吸声和机械阻尼的轻量机构、热交换器、催化载体、过滤器的开口机构、多功能性和物理性能的开发应用、轻量化应用(交通、变速机械和体育)、航空应用、小规格轨道交通、公共交通及车辆、用于露天、隧道和室内的吸音墙体材料以及具有自洁功能的墙体材料等。
以上借助具体实施例对本发明作了描述，但是应当理解的是，对于本领域内的普通技术人员而言，在阅读上述说明书描述的基础上，无需创造性的劳动即可在不偏离本发明精神和实质的前提下，就上述实例作出各种变化和修改，因此本发明的保护范围由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种多孔泡沫金属材料的制造方法，其特征在于，包含以下步骤在由发泡体聚合物制成的基材表面形成一层导电层；利用电镀工艺在该基材的导电层之上形成一层金属或合金层；通过烧结处理去除该基材的发泡体聚合物，从而获得一层多孔泡沫金属层；以及对该多孔泡沫金属层进行还原处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发泡体聚合物为聚酯型、聚酯聚醚型或聚醚型聚氨酯泡沫体。
3.根据权利要求1所述的方法，所述发泡体聚合物的开孔率为80％～99％，PPI孔数为3～50个，密度为30±3公斤/立方米，厚度范围为0.8～100mm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，在形成所述导电层之前先对所述基材进行去油脂处理。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，通过在该发泡体聚合物基材表面涂覆一层纳米级石墨导电涂料层并烘干来形成导电层。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，通过下列工艺中的一种在该发泡体聚合物基材表面形成导电层化学镀、电弧喷涂、电弧喷涂、线爆喷涂、等离子喷涂、真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，按照下列方式在所述导电层上形成所述金属或合金层将多个阳极和多个阴极交替设置在电镀槽内，所述基材固定于所述阴极上，并且使所述阴极相对于位于其两侧的所述阳极作往复运动。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述金属包括铜、银、金、锡、铁、镍、锌、铅和镉中的至少一种，所述合金包括锌合金、锌铁合金、锡合金、锡钴合金、铜合金、镍合金、铜镍合金、铁镍合金和钼合金中的至少一种。
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，烧结处理在300℃～500℃下的空气气氛下进行，还原处理在700℃～980℃下的氢气和氮气气氛下进行。
10.一种电镀装置，用于在由发泡体聚合物制成的基材的导电层之上形成一层金属或合金层，包含一个主镀槽；一个设置在所述主镀槽敞口附近的回流槽；一个循环槽，一方面通过进液管路与所述主镀槽的底部相连以将设定成份、配比、温度和PH值的电镀液送入所述主镀槽，另一方面通过回流管路与所述回流槽相连以回收从所述主镀槽敞口溢出的电镀液；以及交替设置在主镀槽内的多个阳极和多个阴极。
11.根据权利要求10所述的电镀装置，其中，所述阴极为一个由绝缘材料制成的框架，用于固定由发泡体聚合物制成的基材的周边。
12.如权利要求11所述的电镀装置，其中，所述阴极进一步包含一个由绝缘材料制成的屏蔽板，其与所述框架固定在一起以遮挡所述镀件的部分表面。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，进一步包括一个设置于所述主镀槽上方的滑动架，与所述框架的一个侧边相连并带动所述框架相对于位于其两侧的所述阳极作往复运动。
全文摘要
本发明提供一种多孔泡沫金属材料的制造方法，该方法包含以下步骤在该基材表面形成一层导电层；利用电镀工艺在该基材的导电层之上形成一层金属或合金层；通过烧结处理去除该基材的发泡体聚合物，从而获得一层多孔泡沫金属层；以及对该多孔泡沫金属层进行还原处理。本发明的有益效果包括(1)工艺简单，大幅度降低了制造成本；(2)由于镀件可以两面同时电镀，因此提高了生产效率；(3)由于可方便地使金属或合金的镀层加厚，因此提高了产品的性能，扩大其应用范围。
文档编号C25D1/00GK1995470SQ200610168979
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月15日 优先权日2006年12月15日
发明者薛攀霆 申请人:七二国际股份有限公司