[發明專利]泡沫鐵合金材料、泡沫鐵基復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 01114535.8
• 申請日: 2001-06-14
• 公開（公告）號: CN1392293A
• 公開（公告）日: 2003-01-22
• 發明（設計）人: 鐘發平;陶維正;董新榮
• 申請（專利權）人: 長沙力元新材料股份有限公司;鐘發平
• 主分類號: C25D1/08
• 分類號: C25D1/08;C23C28/02;C22C1/08
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 魏國先

本發明涉及新型材料領域，具體涉及泡沫鐵或鐵合金材料、泡沫鐵基復合材料及其制備方法。

目前在鎳正極系列堿性可充電池中使用的電極基板材料，普遍采用泡沫鎳，由于鎳資源在地球上的相對貧乏，決定了泡沫鎳的價格居高不下，為降低電池成本，人們尋求其他泡沫金屬材料如泡沫鐵材料來取代泡沫鎳，但由于鐵材料在濕法生產和貯運過程中常常受到嚴重的腐蝕，給材料的進一步加工帶來不便，甚至無法使用，因此純泡沫鐵材料一般不能適應電池的生產工藝和復雜氣候環境的耐蝕性要求；另外考慮到電池中電極反應的催化活性和基板導電性能的特殊要求，如大電流放電等，因此需要在泡沫鐵表面再鍍履至少一層其他金屬如鐵、鋅、鈷、錫、銅、鉻等形成鐵合金。

本發明之目的旨在提供一種價格低廉、工藝性能優良、耐蝕性強、適應性好的泡沫鐵合金材料、泡沫鐵基復合材料及其制備方法，替代傳統使用的泡沫鎳或鎳氈，制作堿性電池正負極基板材料，有效地降低電池生產成本，改善和提高電池品質。

本發明的技術解決方案是：這種泡沫鐵合金材料、泡沫鐵基復合材料呈大比表面積的泡沫多孔狀或氈、織物外型，為片狀或連續帶狀材料；所述鐵合金是指該材料的主要成份不僅含鐵，而且至少含有鎳、鋅、鎘、錫、鈷、銀、鈀、鈦、鋁中的一種或多種：所述的鐵基復合材料是指該材料為多層，包括鐵和至少一種其他金屬材料：鎳、鋅、錫、鈷、銅、鉻，這種泡沫鐵或鐵合金材料、泡沫鐵基復合材料的制備方法為：選擇不同材質、不同形貌、不同厚度的非金屬多孔材料作模芯，通過化學鍍銅，化學鍍鎳或涂復導電膠或通過真空磁控濺射或多弧離子鍍實現模芯材料的導電化處理，將導電化后的模芯材料進行鐵、鐵合金的電沉積及鐵基復合材料的多層電沉積，電沉積后的材料再經過真空、或氮分氛，或氫氣氛保護下的熱處理還原爐進行熱處理，制成本發明的泡沫鐵或鐵合金材料、泡沫鐵基復合材料。

本發明提供的泡沫鐵合金材料、泡沫鐵基復合材料價格低廉、工藝性能好，可替代現有泡沫鎳材料，制作堿性電池的電極基板，解決了現有鎳資源貧乏，成本價格高的問題，有效降低了電池生產成本，在泡沫金屬的其他應用領域，如過濾介質、集、散熱材料，選用本發明的泡沫鐵或鐵合金或泡鐵基復合材料，也能有效地降低材料成本。同時，本發明的泡沫鐵或鐵合金材料、泡沫鐵基復合材料耐蝕性較強，適應電池的生產工藝和復雜氣候環境的耐蝕性要求，制成的電極基極，能滿足電池中電極反應的催化活性及對基板導電性能的要求。本發明構思新穎，工藝完備，生產可靠，技術性能優良。

下面對本發明作進一步詳細說明：

本發明選擇適當的模芯材料，所謂適當是指不同材質、不同形貌、不同厚度的非金屬多孔材料，如聚氨酯、尼龍、聚丙烯等化學纖維或棉質纖維紡織品的網狀材料。模芯材料通過化學鍍銅、化學鍍鎳或涂覆導電膠或通過真空磁控濺射或多弧離子鍍實現模芯材料的導電化，再將導電化后的模芯材料進行鐵或鐵合金或鐵基復合材料的電沉積，電沉積后的泡沫金屬材料經過氫氣氛保護的熱處理還原爐處理，達到該材料的多項機械物理性能要求。

泡沫鐵或鐵合金材料及泡沫鐵基復合材料呈大比表面積的泡沫多孔狀或氈、織物狀等外型，為片狀或連續帶狀材料。

所謂鐵合金是指該材料的主要成分除鐵之外還含有鎳、鋅、鎘、錫、鈷、銀、鈀、鈦、鋁中的一種或多種并可嚴格控制：所謂鐵基復合材料是指該材料以多層形式，包括了鎳、鋅、錫、鈷、銅、銀、鉻中至少一種除鐵之外的其他金屬。該材料可以是泡沫狀，也可以是多孔網狀，厚度可以是0.2～8.0mm。

本發明可用于鎳系堿性可充電池，如鎳鎘電池的正極基板或負極基板，替代傳統使用的泡沫鎳或鎳氈，可有效地降低電池生產成本，而且由于引入了其他金屬，構成泡沫鐵合金或鐵基復合材料，鐵合金和鐵基復合材料與泡沫鐵相比能明顯改善基板材料在電池反應中的催化活性或耐蝕性能及其他電性能。

本發明材料采用下述生產工藝制備而成：模芯導電化處理-電沉積-真空或氮氣，或氫氣氛保護下的熱處理。

所述的模芯導電化處理工藝可以是(1)化學鍍鎳或化學鍍銅：(2)涂復導電膠，導電介質可以是與泡沫金屬材料相同的金屬粉，也可以是石墨，或碳黑，或乙炔黑。導電介質的顆粒度應是數百納米(nm)至100微米(um)左右；(3)真空鍍膜，鍍覆的金屬為鐵、銅、鋅、鋁、鈦、銀、鎳。

所述的電沉積可以是連續化帶狀的連續作業，也可以是塊狀間斷作業。鐵合金材料應是在同一電解液體系中電沉積完成，鐵基復合材料應是在幾種不同的電解液體系中分別電沉積完成；

所述的熱處理是在真空，或氮氣氛，或氫氣保護下的熱處理，熱處理過程可以是一次，也可以兩次完成。