脫合金法制備納米多孔銅的研究.pdf

1、冶金學認為脫合金是在腐蝕環(huán)境中選擇性地除去合金中較活潑組元的一種腐蝕現(xiàn)象。但是它也可以被用來制備具有三維結構材料、薄膜材料和一維納米線等低密度的納米多孔金屬材料。納米多孔金屬開拓了金屬材料新的應用,將材料的多孔形態(tài)與物理、化學、機械性能結合起來,超越材料固有功能,發(fā)揮多孔材料的輕質、高強韌、強吸附、隔熱、散熱、優(yōu)異的吸能性能等一系列特性,具有結構和功能雙重作用,被廣泛用于催化、化學、生物傳感、燃料電池電極、汽車、海洋采油、航空航天等領域

2、。因此材料的微觀結構設計,對多孔金屬材料的工程應用和設計開發(fā)具有深遠的影響意義。
　　 本論文采用兩種方法制備了前軀體母合金,一是磁控濺射法,二是單輥旋淬法。研究內容和結論如下:
　　 (1)使用磁控濺射法在玻璃和單晶硅兩種不同的基底上沉積銅鋅合金薄膜。通過改變三個工藝參數(shù)-濺射電流、濺射壓強以及濺射時間,來研究這些參數(shù)對薄膜的組元分布、厚度、表面形貌、表面粗糙度、電阻率變化及穩(wěn)定性的影響,獲得最佳工藝參數(shù)。
　　

3、 (2)以Cu62Zn38合金薄膜為前軀體母合金,在H2SO4溶液中脫合金化處理后制備多孔純銅薄膜,采用X射線衍射分析、掃描電鏡、EDS能譜分析等手段研究合金的結構及以其為母合金的脫合金化后所得多孔銅的多孔結構和斷口形貌,研究了酸溶液浸泡處理對多孔銅的多孔結構的影響。實驗結果表明:磁控濺射沉積薄膜出現(xiàn)非晶特征;在稀H2SO4溶液中進行脫合金化腐蝕后,兩相中的Zn元素被腐蝕掉,制備出連續(xù)納米多孔結構的銅薄膜材料。Cu62Zn38合金在2

4、 mol/LH2SO4溶液和7 mol/L H2SO4溶液中是非均勻腐蝕,在2 mol/L H2SO4溶液中形成的納米孔的密度較小,而且有些區(qū)域尚未成孔;薄膜在7 mol/L H2SO4溶液中腐蝕時,薄膜整體從基底剝落并發(fā)生卷曲,表明脫鋅層引起的內應力超過表面附著力使薄膜發(fā)生斷裂且卷曲,層狀卷曲的薄膜不能充分腐蝕,難以形成均勻的多孔結構薄膜;在5 mol/L H2SO4溶液中為均勻腐蝕,形成銅骨架和孔結構,部分孔呈現(xiàn)蜂窩狀,其骨架尺寸5

5、1～228nm,平均尺寸約為92.7nm,平均孔徑尺寸約為94nm,形成一個內部連續(xù)三維的網(wǎng)絡狀結構。
　　 (3)以Znlocugo和Zn20Cu80合金為前軀體母合金,分別在鹽酸和硫酸中脫合金處理,制備塊狀納米多孔銅,采用X射線衍射分析、掃描電鏡、EDS能譜分析等手段研究合金的多孔結構和斷口形貌。實驗結果表明:Zn10Cu90和Zn20Cu80合金帶由主要由Cu0.64Zn0.36(α相)和CuZn電子化合物(β相)兩相組成