梯度密度泡沫镍的制备工艺研究

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1、梯度密度泡沫鎳的制备工艺研究陈红辉1,陈通杰1,董成国1,周志翔1,赵上成1,杨如曙2(1.常德力元新材料有限公司，湖南常徳415001;2.湖南文理学院，湖南常徳415007)摘耍：采用不同阳极组合的方式，对泡沫鎳进行二次电沉积银，以有效控制两面以及中间金属沉积密度的比例，制备具有梯度沉积密度的泡沐镰材料。其沿厚度方向有三层金属沉积密度，比值为1:3:4O经过性能检测分析表明：具有梯度沉积密度的泡沫银材料具有优界的屯性能，更适合应用于动力型礫氢电池。关键词：泡沫鎳；电沉积；梯度密度；二次电镀；动力电池中图分类号：TQ153文献标识码：A文章编号：1000-4742(2011)02-00

2、11-030前言电沉积法制备高孔隙率泡沫银的专利技术有很多，其产品主耍用于作为Ni-MH和Ni-Cd电池的电极材料。以前的电沉积制造多孔金属材料技术是致力于追求金属的沉积密度和孔隙率的均匀性，但这种材料无法承受较大电流的冲击；特别是应用于纯电动汽车领域，容易造成泡沫鎳极板在电池工作过程中产生断裂，从而影响到电池的使用寿命与使用安全。至今未见关于控制多孔金属产品的横断面上从一侧至另一侧沉积密度和孔隙率呈现梯度分布的技术报道。本研究通过控制电沉积过程中阴、阳极的不同组合并采用二次电沉积的方式，制备了一种具备梯度沉积密度的泡沫镰，其沿厚度方向有3层金属沉积密度，比值为1：3：4o1实验1.1实

3、验材料阴极采用5.0mm厚的聚氨酯海绵，其尺寸为20cmX20cm；阳极采用电解镰板，两阳极面积比为1：4；其它试剂均采用分析纯。1.2制备工艺1.2.1工艺流程基体导电化处理〜第一次电化学沉积->第一次热处理-辗压一第二次电化学沉积一第二次热处理1.2.2主要工序说明(1)基体导电化处理采用常规化学镀方法在海绵表面镀一层鎳，银的沉积密度为3g/m2o(1)第一次电沉积采用文献［1］所述的工艺条件：NiS04•7H20280g/L,NiC12•6H2040g/L,H3B0340g/L,pH值3.5,50°Co在上述工艺条件下，在经导电化处理后的基体上，镀层的沉积厚度比为K(2)第一次热处

4、理对第一次电沉积后所得的泡沫镰进行500°C焚烧，再在质量分数为70%的N2和质量分数为30%的H2保护气氛下进行1000°C还原处理；并将热处理后的半成品的厚度辗压至1.5〜3.0mm(基体厚度的1/2)。(3)第二次电沉积按第一次电沉积的工艺，采用面积比为1：4的两个阳极，在经过第一次热处理后的泡沫银基体上获得沉积密度比为1：4的镀层。(4)第二次热处理将第二次电沉积后所得的泡沫银在质量分数为70%的N2和质量分数为30%的H2保护气氛下进行800°C述原处理。1.3测斌方法(1)将泡沫鎳样品沿长方向剪切为160mm长，20mm宽的尺寸，置于拉力试验机上，按100mm/min的速率检

5、测样品的抗拉力与延伸率。(2)采用扫描电镜对镀层形貌进行观察。(3)按文献［2］的方法，在获得的厚度为5mm的泡沫银试样上，用线切割在中间部位切取①5mmX20mm的圆柱体；在此圆柱体上沿厚度方向按顺序依次切取厚度为0.8mm的薄片，并分别测量其沉积密度。2结果与讨论2.1泡沫键镀层横切面SEM图图1为具有梯度沉积密度的泡沫银的SEM图。由图1可知：在厚度为0.8mm处的横切面上可以明显地看到镀层包裹镀层的形貌，这就是具有梯度沉积密度的镀层所具备的特殊效果。图2是单一沉积密度泡沫镰的SEM图。相比图1而言，单一沉积密度泡沫银的截面很平滑，表现出很明显的单一沉积形态。图1梯度沉积密度泡沫鎳

6、SEM图1.2泡沫鎳镀层结晶形态SEM图泡沫谋结构是由相互连接的肋条纽合而成，肋条上银的沉积密度将直接决定整个泡沫傑产品的性能。图3和图4分别为单一沉积密度泡沫镰肋条的SEM图和梯度沉积密度泡沫鎳肋条的SEM图。从图3可以看出：现有工艺制备的单一沉积密度泡沫银镀层的结晶粗人。由图4可知：具有梯度沉枳密度的泡沫银镀层结晶细致，具备较好的耐蚀性能和物理性能。图2单一沉积密度泡沫鎳SEM图图3单一沉积密度泡沫镰肋条SEM图图4梯度沉积密度泡沫镰肋条SEM图1.3物理性能检测根据检测实验结果可知：具有梯度沉积密度的泡沫傑的整体物理性能要强于单一沉积密度的泡沫镰的，性能提升了30%以上。因为具有梯

7、度沉积密度的泡沫鎳肋条的镀层结晶更加致密，因此提升了其整体物理性能[3-6]o1.4沉积密度分布通过观察泡沫鎳剖面的SEM图像（如图5所示），测屋泡沐镰不同部位的厚度，计算其沉积厚度比，并测量泡沫银不同部位的沉积密度[7],实验结果，如图6所示。由图6可知：本工艺制备的泡沫镰沿厚度方向沉积的鎳具有明显的梯度分布特征，通过具体计算，其比值为1：3:4O图5泡沫镰剖面电镜图IHO1ftol4