一种双峰纳米多孔非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术为一种双峰纳米多孔非晶合金及其制备方法。所述的非晶材料具有双峰纳米多孔结构，元素组成为YαTiβCoγAlη，各元素的原子百分数为3.31≤α≤5.58，50.35≤β≤52.67，19.79≤γ≤20.46，23.56≤η≤24.28，且α+β+γ+η＝100。制备方法以Y28Ti28Co20Al24双相非晶合金为前驱体，自由脱合金法制得多孔非晶合金骨架，经过二次脱合金制备出具有多级孔洞结构的双峰纳米多孔非晶合金。解决了当前多孔非晶合金制备中技术复杂，整体工艺周期长，设备复杂且设备造价高，产量低，产品孔隙结构单一，孔尺寸大，孔隙率低，比表面积低等不足。

【技术实现步骤摘要】
一种双峰纳米多孔非晶合金及其制备方法
：本专利技术涉及纳米多孔材料
，具体地说是一种双峰纳米多孔非晶合金及其制备方法。
技术介绍
：近年来，纳米多孔非晶合金，作为一种新型的多孔金属，因其结合了多孔金属与非晶合金的双重特性而被人们所关注。晶体材料的原子结构具有在三维空间的周期性重复排列，而非晶材料的原子排列表现出短程有序长程无序的特点。这种结构上的不同，使纳米多孔非晶合金展现出不同于传统纳米多孔金属的特殊性质。根据报道，Zr-Co-Al多孔非晶合金的储氢性能是同成分Zr-Co-Al块体非晶合金和多孔金属的数倍，表明纳米多孔非晶合金在功能材料领域具备很大的开发潜力。开发更多成分和结构的纳米多孔非晶材料是当前的热点课题。在先技术，公开号CN106676619A“一种金属玻璃纳米多孔结构的制备方法”，该专利通过电化学脱合金的方式，制备出仅在表面具有纳米多孔结构的Zr基金属玻璃。由于该材料仅在表面形成纳米多孔结构，内部依然为非晶合金基体，且所得孔结构为闭孔结构，因此材料孔隙率与比表面积较低。另外应用电化学脱合金法造成材料制备过程复杂，设备成本加大，且产量较低。在先技术，公开号CN101984104A”一种生物医用块体多孔非晶合金的制备方法”，该专利使用雾化或机械合金化法制备非晶粉末与镁合金粉末，用球磨机将非晶粉末与镁合金粉末均匀混合2-5h，最后用化学腐蚀的方法去除材料中的镁合金颗粒，从而得到所需的多孔非晶合金，该专利技术制备工艺复杂，生产效率低，对设备、材料，能源要求较高，不适合应用于大规模工业化生产，所得多孔结构尺寸受原材料颗粒影响较大，不易调控孔结构的尺寸，且无法制备纳米尺度的多孔非晶合金。在先技术，CN104399978A公开了一种大尺寸复杂形状多孔非晶合金零件的3D成形方法，通过行星球磨机高能球磨45h得到金属粉末，然后应用3D打印技术制备多孔非晶合金。所制备的多孔材料孔径较大仅能达到50～500μm，限制了其产品在功能领域的应用。该工艺总周期较长，对设备要求非常高，且工艺过程需要精密控制，增加了对设备先进性和对操作人员技术水平的要求。在先技术，论文ScriptaMaterialia55(2006)1063-1066公开了一种Ti基多孔非晶合金的制备方法。该方法应用脱合金法，在0.1MHNO3中通过电化学脱合金30min或自由脱合金24h将Y20Ti36Al24Co20双相非晶合金中的富Y相选择性溶解，从而保留富Ti相作为纳米多孔非晶合金骨架。该方法制备的纳米多孔Ti基非晶合金为典型的开孔结构，但并没有表现出双峰特征，且孔隙率较低，作为功能材料的应用受到极大限制。该论文中应用自由脱合金法处理样品时间较长，而电化学脱合金法样品制备量小，均不适用于工业化生产。
技术实现思路
：本专利技术针对当前技术中的不足，提供一种双峰纳米多孔非晶合金及其制备方法(双峰多孔结构指尺寸范围显著不同的具有两级特征尺寸的孔结构)。本专利技术所制备的纳米多孔Y-Ti-Co-Al非晶合金由双峰多孔结构组成，较以往材料相比结构更均匀，多级孔隙结构更有利于发挥材料比表面积大的特性，多组元的特征也为材料的功能性开发带来更多潜在的优势。该方法以Y28Ti28Co20Al24双相非晶合金为前驱体，自由脱合金法选择性溶解Y56Co20Al24非晶相，从而保留Ti56Co20Al24非晶相作为多孔非晶合金骨架，经过二次脱合金制备出具有多级孔洞结构的双峰纳米多孔非晶合金。本专利技术解决了当前多孔非晶合金制备中技术复杂，整体工艺周期长，设备复杂且设备造价高，产量低，产品孔隙结构单一，孔尺寸大，孔隙率低，比表面积低等不足。本专利技术的技术方案是：一种双峰纳米多孔非晶合金材料，该材料为双相非晶薄带脱合金后所得产品，元素组成为YαTiβCoγAlη，各元素的原子百分数为3.31≤α≤5.58，50.35≤β≤52.67，19.79≤γ≤20.46，23.56≤η≤24.28，且α+β+γ+η＝100；该材料具有双峰多孔结构，其中，一级孔尺寸为46.88～83.35nm，一级韧带平均宽度78.26nm～103.33nm，二级孔尺寸为7.24～9.88nm，二级韧带平均尺寸为12.58～16.78nm；材料比表面积达75.68m2/g～88.32m2/g。所述的双峰纳米多孔非晶合金的制备方法，包括如下步骤：第一步，制备双相非晶合金薄带按Y28Ti28Co20Al24成分称取Y，Ti，Co和Al金属，将原材料置于真空电弧炉中，抽真空至气压为3.0×10-3Pa，充入氩气，在氩气压为3×10-2MPa条件下开始起弧熔炼，以70～100A电流熔炼材料，熔炼2～4次，每次20～30s，随炉冷却后制得Y28Ti28Co20Al24母合金铸锭；而后在氩气保护下，利用真空甩带机将合金锭重熔并制成双相非晶合金薄带，制备过程中炉内真空度为3.2×10-3Pa，铜轮转动频率为100～120HZ，喷铸压力为1.0～1.5MPa；制得的非晶合金薄带宽为2～3mm，厚度为15～20μm；其中，所述的Y，Ti，Co和Al金属原材料的纯度均为99.99％(质量分数)，所述氩气的体积纯度为99.99％；第二步，脱合金处理制备纳米多孔非晶合金采用自由脱合金法，将上一步得到的非晶合金薄带浸入混合溶液中，于25℃恒温条件下腐蚀5～10min，所得产物经过清洗和真空干燥后，置于真空管式炉中，在N2气氛中以5℃/min的速率加热至175～185℃退火处理2～3h，然后随炉冷却至室温取出样品；所述混合溶液为xMHNO3，yMH2SO4按体积比2:1配制而成，其中0.4≤x≤0.5，0.4≤y≤0.5；第三步，二次脱合金制备双峰纳米多孔非晶合金采用自由脱合金法，将上一步得到的非晶合金薄带浸泡入配制好的混合溶液中5～8min进行脱合金反应，所得产物经过清洗和真空干燥后，即得到双峰纳米多孔非晶合金；所述混合溶液为xMHNO3，yMHCl按体积比2:1配制而成，其中0.5≤x≤0.7，0.5≤y≤0.7。上述一种双峰纳米多孔非晶合金的制备方法，所用到的原材料和设备均通过公知的途径获得，所用的操作工艺是本
的技术人员所能掌握的。本专利技术的实质性特点如下：本专利技术得到的材料为具有双峰纳米多孔结构的非晶合金。制备方法上通过恰当的参数设置(第二步和第三步脱合金过程中使用的混合腐蚀液的组成，以及退火处理)，使非晶材料具备多级多孔结构。本专利技术的有益效果如下：(1)就制备方法而言，目前已有的多孔非晶制备方法大部分仅能制备微米尺度的多孔结构，且制备方法过于复杂。部分报道采用电化学脱合金技术虽然可以制备出纳米级多孔非晶合金，但制备过程较为繁琐且产量较低。本专利技术首次开发出一种快速、便捷制备具有多级孔隙结构纳米多孔非晶合金的制备方法，所应用的自由脱合金法更加简便易操作，降低了对设备、能源、以及实验人员的要求，降低了成本，增加了效益，有利于大规模工业化生产。(2)与传统的多孔非晶合金相比，本专利技术所制备的纳米多孔非晶合金具有更高的比表面积(75.68m2/g～88.32m2/g)，且材料兼具了非晶合金与纳米多孔金属的双重优势，高比表面积与多孔结构有利于进入孔道后的反应物和生成物的快速扩散和传输，并且多级孔隙结构使材料得到更充分的利用，该材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双峰纳米多孔非晶合金材料，其特征为该材料为双相非晶薄带脱合金后所得产品，元素组成为YαTiβCoγAlη，各元素的原子百分数为3.31≤α≤5.58，50.35≤β≤52.67，19.79≤γ≤20.46，23.56≤η≤24.28，且α+β+γ+η=100；该材料具有双峰纳米多孔结构，其中，一级孔尺寸为46.88~83.35 nm，一级韧带平均宽度78.26 nm~103.33 nm，二级孔尺寸为7.24~9.88 nm，二级韧带平均尺寸为12.58~16.78 nm；材料比表面积达75.68 m2/g~88.32 m2/g。

【技术特征摘要】
1.一种双峰纳米多孔非晶合金材料，其特征为该材料为双相非晶薄带脱合金后所得产品，元素组成为YαTiβCoγAlη，各元素的原子百分数为3.31≤α≤5.58，50.35≤β≤52.67，19.79≤γ≤20.46，23.56≤η≤24.28，且α+β+γ+η=100；该材料具有双峰纳米多孔结构，其中，一级孔尺寸为46.88~83.35nm，一级韧带平均宽度78.26nm~103.33nm，二级孔尺寸为7.24~9.88nm，二级韧带平均尺寸为12.58~16.78nm；材料比表面积达75.68m2/g~88.32m2/g。2.如权利要求1所述的双峰纳米多孔非晶合金的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：第一步，制备双相非晶合金薄带按Y28Ti28Co20Al24成分称取Y，Ti，Co和Al金属，将原材料置于真空电弧炉中，抽真空至气压为3.0×10-3Pa，充入氩气，在氩气压为3×10-2MPa条件下开始起弧熔炼，以70~100A电流熔炼材料，熔炼2~4次，每次20~30s，随炉冷却后制得Y28Ti28Co20Al24母合金铸锭；而后在氩气保护下，利用真空甩带机将合金锭重熔并制成双相非晶合金薄带，制备过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦春玲，朱墨，王志峰，张山，李永艳，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12