[發明專利]一種制備納米多孔銅的方法

有效

• 申請號: 201310276223.6
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103343253A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 秦春玲;趙維民;王志峰;劉麗;肖同娜
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;B22D11/06;C23F1/18;C22B9/20;C22C45/10
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

技術領域

本發明的技術方案涉及有納米級孔隙的金屬的制造，具體地說是一種制備納米多孔銅的方法。

背景技術

近年來，多孔材料因其優異的應用性能廣受人們關注。其中納米多孔金屬材料由于其納米級孔徑而表現出的獨特的物理、化學及力學性能，如獨特的電磁性能、光學性能、更高的化學活潑性以及隨孔徑尺寸變化而變化的力學行為等，使其在催化、傳感、激發以及儲氫等領域有著巨大的應用前景。目前用來制備納米多孔金屬材料的方法主要有模板法、沉積法、粉末冶金法、脫合金法等，其中脫合金法因制得的材料孔徑小、對納米孔尺寸和形貌可控、操作簡單及成本低廉的優點備受人們青睞。利用脫合金法制備納米多孔金屬使用的先驅體材料分為晶態材料和非晶態材料兩種，選擇非晶態材料做脫合金先驅體，避免了晶體缺陷、偏聚等晶態材料所具有的普遍特征對納米多孔金屬制備效果的影響，有利于制備結構均勻的塊體納米多孔金屬結構。

CN102766893A公開的“一種可圖形化一種制備納米多孔銅的方法”，通過對濺射、電沉積在玻璃片上的Cu-Zn合金層在酸性溶液中進行脫合金，制備出了納米多孔銅。但是采用這種方法制備復雜，制備循環次數較多，不適合大規模生產。CN102943198A披露的“一種制備納米多孔銅的方法”，在室溫下采用低濃度的氫氟酸對非晶條帶進行自由脫合金，從而制得納米多孔銅。其非晶合金的化學成分為Cu：50%～55%、Hf：40%～45%，其余為Al。但是由于Hf元素價格昂貴，增加了實驗成本，不利于產業化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種制備納米多孔銅的方法，以Cu-Zr(-Al)非晶合金材料為原始材料，在室溫下，用低濃度氫氟酸溶液進行自由脫合金化處理，快速制備納米多孔銅，克服了現有技術制備工藝復雜，制備循環次數較多，成本高，不利于產業化和不適合大規模生產的缺點。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：一種制備納米多孔銅的方法，步驟是：

第一步，制備Cu-Zr(-Al)合金鑄錠

依據目標合金Cu_{原子百分比為50.00%}-Zr_{原子百分比為42.50%～50.00%}(-Al)_{原子百分比為余量}中各元素原子百分數at.%計算所需原料的質量，稱取質量百分比純度為99.99%的銅片、質量百分比純度為99.99%的鋯粒和質量百分比純度為99.99%的鋁塊，并將稱取的銅片、鋯粒和鋁塊混合得到母合金原料，然后將該母合金原料置于真空電弧爐中，添加7g純鋯獨立放置于真空電弧爐中作為除氧材料且不與已放入的母合金原料接觸，在氬氣保護下，熔煉電流從30A緩慢升高到110A，重復熔煉4次，每次40秒，確保合金組織均勻性，隨爐冷卻，制得Cu-Zr(-Al)合金鑄錠，其中銅的原子百分比為50.00%、鋯的原子百分比為42.50%～50.00%、鋁的原子百分比為其余量或零；

第二步，制備非晶合金條帶

將第一步制得的Cu-Zr(-Al)合金鑄錠去除表層氧化皮，并采用熔煉-甩帶設備制備Cu-Zr（-Al）非晶合金條帶，甩帶條件為：在9.0×10^-4～8.0×10^-4Pa真空度下，加熱至900～1100℃，使去除氧化皮的Cu-Zr（-Al）合金鑄錠熔融，然后將熔融的合金吹鑄形成非晶合金條帶，吹鑄所需壓力為0.8～1.0MPa，吹鑄所需銅輪轉速為40～50m/s，通過吹鑄制得的非晶合金條帶的長為60～300cm，寬為1.5～2mm，厚度為20～40μm；

第三步，一步去合金化

從第二步制得的非晶合金條帶上截取30～40mm長的試樣，室溫下置于0.5M氫氟酸腐蝕液中進行去合金化處理300～600s，從而制得隨去合金化時間300～600s變化的具有層次性的納米多孔結構的納米多孔金屬銅條帶；

第四步，納米多孔金屬銅條帶的后處理與保護

將第三步制得的納米多孔金屬銅條帶先采用去離子水清洗，再用無水乙醇進行清洗，然后將清潔的納米多孔金屬銅條帶保存在真空度為1×10^-1MPa的真空室內，以避免其被氧化，備用。

上述一種制備納米多孔銅的方法，所述目標合金為Cu_{原子百分比為50.00%}-Zr_{原子百分比為42.50%～50.00%}(-Al_{原子百分比為0%～7.5%})。