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题目:多孔Al-Ni-Co材料制备及孔结构研究

关键词:Al-Ni-Co;多孔;薄膜;金属间化合物;孔结构

  摘要


多孔材料作为有别于致密材料的一种特殊功能材料,已广泛应用于国民经济建设、国防建设等各个方面。多孔Al-Ni金属间化合物材料具有优异的抗疲劳、抗碳化及高温抗氧化性能,在汽车尾气处理和工业废水净化等方面具有广阔的应用前景。Co元素在Al-Ni化合物中具有比较高的溶解度,在一定程度可以提高Al-Ni化合物的韧性和高温强度,同时具有优良的耐腐蚀性能、磁性和一定的催化效果。但是目前有关Al-Ni-Co材料的研究在国内外甚少,尤其是Al-Ni-Co多孔材料的研究。因此Al-Ni-Co多孔材料的制备工艺及孔结构的研究急求于科研人员的探索,其应用潜质有待于开发。

本文主要分为两大部分:Al-Ni-Co多孔薄膜与Al-Ni-Co多孔块体材料。第一部分以Al-Ni-Co合金片为对象,采用电化学腐蚀法制备Al-Ni-Co多孔薄膜,探讨腐蚀环境对多孔薄膜孔结构的影响。第二部分以Al/Ni/Co元素粉末为原料,采用分段烧结法制备Al-Ni-Co多孔块体材料,探讨成分及在Al元素熔点附近650℃保温时间的变化对孔结构的影响。

研究发现,对于Al-Ni-Co多孔薄膜,在其它腐蚀环境保持一定的条件下,分别延长阳极氧化时间、增大电解液中HF浓度和升高腐蚀电压,均出现多孔薄膜的孔数量增加、孔径变大、孔深增加、薄膜厚度增加的现象。

对于Al-Ni-Co多孔块体材料,其主要物相为:Al-Ni、Al-Co不同相结构的金属间化合物。该多孔材料的孔径分布较广,从3.1nm到418µm孔径的孔均有出现。开孔隙率随Al含量的增多出现先增大后减小再增大的变化趋势,该变化规律与SEM得到的微观形貌结果相一致。

在650℃保温3.5h的工艺条件下,当Al质量分数为35%时,开孔隙率最小,同时平均孔径、孔容最小,此时孔结构中纳米孔大量出现,比表面积最大。随着Al含量的增多,开孔隙率几乎呈直线趋势增大且平均孔径明显增大,孔与孔逐渐形成联通孔。

在相同工艺条件下当Al含量相同时,Al-(还原)Ni-Co多孔块体的开孔隙率大于Al-(羰基)Ni-Co多孔块体的开孔隙率。同时 Al-(还原)Ni-Co多孔块体的孔径分布相较Al-(羰基)Ni-Co多孔材料的孔径分布更集中(650℃保温3.5h),且更集中于较大孔径。

对于Al-(羰基)Ni-Co多孔块体材料,当Al含量较少时,在Al熔点附近650℃的保温时间对其孔隙率几乎没有影响;随着Al含量的增多,在Al熔点附近650℃的保温时间对其孔隙率有一定的贡献,保温时间越长,孔隙形成的越充分,孔隙率越高。而对于Al-(还原)Ni-Co多孔块体材料,在成分研究的范围内,发现在Al熔点附近650℃的保温时间对其孔隙率几乎没有影响。