超声波对泡沫铁结构的影响

　　0 前言

　　在电镀工业中引入超声波,主要是利用超声波的超声空化效应、机械效应、活化效应、热效应等对电化学沉积过程中液相传质、表面转化、电荷转移、电结晶步骤的影响,以解决电镀过程中的电流效率低、电流微观分布不均、液相传质慢、微粒粒度分布范围广等问题[1]。陈华茂等[2]研究了不同功率的超声波对电沉积锡-铋合金的影响。由于超声波的强烈搅拌作用,加快了氢气的析出,减少了镀层的孔隙率,降低了氢脆,使晶粒更细小,镀层更致密均匀,有利于增加镀层的耐蚀性,改善镀层表面的稳定性。泡沫铁材料由于具有三维立体通孔,孔隙率较高,达60%~95%以上;密度小,仅为同体积金属的10 %~50 %;比表面积较大[3],是近来研究较多的用于汽车尾气净化的载体材料。随着功能材料结构化的发展,对材料的力学性能及加工性能提出了更高的要求。文中对不同搅拌方式进行试验对比,重点研究超声波技术对泡沫铁的表面形貌、显微组织的影响,通过原位拉伸试验观察其断裂机制。

　　1 试验

　　1.1 主要原材料及设备

　　国产10mm的孔隙率为92%的聚氨酯海绵体,裁成50mmx50mm;阳极为低碳钢板,并套以阳极袋,阴阳面积比1B1.2;相关试剂均为分析纯。主要设备:S-570型扫描电子显微电镜,300 DB型超声波发生器,试验用拉力测试仪。

　　1.2 试验方法

　　1.2.1 基体导电化处理

　　采用常规化学镀方法在海绵表面镀一层镍,镍沉积量为3g/m2。

　　1.2.2 镀铁及表面防护处理

　　采用文献[4]的镀铁工艺进行镀铁处理,并辅以24kHz频率的超声波发生器,铁沉积量为300g/m²。在镀铁后进行表面防护,采用常规瓦特镍在材料表面进行50g/m²的镍沉积。

　　1.2.3 热处理

　　500°C焚烧,在70%N2和30%H2保护气氛下1200°C还原。

　　2 结果与讨论

　　2.1 超声波对泡沫铁表面形态的影响

　　在泡沫铁制备过程中,产生针孔的主要原因有以下三种:

　　(1)溶液中杂质的质量浓度过高,导致其在镀层中形成夹杂;

　　(2)电镀过程中,阴极析氢导致镀层结晶的气孔;

　　(3)海绵基体在高温分解过程中所残留的气孔。

　　搅拌方式是解决这些因素的措施之一。传统循环搅拌与空气搅拌都会有搅拌不均匀的情况发生,在实际生产过程中有诸多不利之处。其一,会加速铁离子的氧化速率;其二,不利于铁离子在溶液中的均匀分布,导致产品结构产生针孔、结晶不致密等缺陷[5]。

　　在试验过程中,已充分考虑到这些因素的影响,并通过试验分析排除了杂质和热分解对镀层针孔的影响。图1为超声波对泡沫铁表面形态的影响。