一种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纳米多孔非晶合金及其制备方法。该材料的元素组成为YαTiβCoγAlη，各元素的原子百分数为3.9≤α≤5.2，49.9≤β≤54.1，27.1≤γ≤31.4，13.6≤η≤14.8，且α+β+γ+η＝100；该多孔非晶合金由纳米多孔非晶骨架及负载其上的非晶纳米片组成；其制备方法为以Y28Ti28Co20Al24双相非晶合金为前驱体，通过第一次脱合金形成纳米多孔非晶合金骨架，经过二次脱合金在已有多孔骨架上合成非晶纳米薄片，制备出一种纳米多孔非晶骨架负载非晶纳米片的多孔非晶合金材料。本发明专利技术解决了当前多孔非晶合金制备中技术复杂，整体工艺时间长，设备复杂且设备造价高，产量低，孔尺寸大，比表面积低，不适用于工业化生产等不足。

A nanoporous amorphous alloy and its preparation method

The invention relates to a nanoporous amorphous alloy and a preparation method thereof. The element composition of the material is Yalpha Ti Beta Co gamma Al, and the atomic percentage of each element is 3.9 < alpha < 5.2, 49.9 < beta < 54.1, 27.1 < gamma < 31.4, 13.6 < _ < 14.8, and a + beta + gamma + _ = 100. The porous amorphous alloy is composed of nanoporous amorphous skeleton and amorphous nanosheets loaded on it. The preparation method is Y28TiCo20Al24 biphasic amorphous alloy as precursor, which is first desorbed. The nano-porous amorphous alloy skeleton was formed by the alloy, and the amorphous Nano-sheets were synthesized on the existing porous skeleton by secondary de-alloying. A porous amorphous alloy material with nano-porous amorphous skeleton loaded amorphous nanosheets was prepared. The invention solves the shortcomings of the present porous amorphous alloy preparation, such as complex technology, long overall process time, complex equipment, high cost of equipment, low output, large pore size, low specific surface area, and not suitable for industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种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
，具体地说是一种纳米多孔非晶合金及其制备方法。
技术介绍
：纳米多孔非晶合金是一类特殊的多孔金属材料，同时具备了多孔金属材料和非晶合金材料的双重特征，展现出不同于传统纳米多孔金属的特殊性质。多孔非晶合金在储氢和催化方面展现出比同成分块体非晶合金和多孔金属高数倍的性能，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。然而，当前所开发多孔非晶材料的比表面积普遍偏低，大多仅具有微米孔结构，因而开发新型结构、具有纳米尺度的多孔非晶合金材料具有重要意义。在先技术，公开号CN101942580B“一种制备多孔非晶态合金块体材料的粉末热成形方法”，该专利技术首先将由机械合金化或雾化方法制备的微米级非晶粉末与铜粉用混料机混合均匀，再将混合粉末加热至非晶材料玻璃转变温度Tg和晶化温度Tx之间保温，施加600-800MPa压力后制成热压坯，最后将坯料置于酸液中除去铜粉而得到多孔非晶合金，该方法制备过程复杂，需要加工特制模具，使用专用混料及热压设备，增加了设备成本，工艺时间长，且所制多孔非晶的孔径尺寸在38～74μm，材料比表面积较低，无法制备纳米尺度的多孔非晶合金。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，不能制备出纳米尺度的多孔非晶合金。在先技术，CN101717873A公开了“一种制备多孔非晶态合金块体材料的粉末锻压成形方法”，首先将非晶粉末和粉末状NaCl造孔剂分别筛分后用混料机均匀混合，再进行包套、除气、封套等处理，然后将包套封装的粉末在过冷液相区进行加热，接着进行锻压加工，并采用机械加工方法去除包套，最后用水溶解法去除造孔剂，得到块体多孔非晶态合金材料。该制备工艺复杂，对设备要求非常高，增加了设备成本，工艺总周期较长，且制备出的材料孔径尺寸为38～65μm，比表面积较低。此外，通过水洗方法留有部分NaCl造孔剂的残留物，将对多孔非晶产生缓慢腐蚀，对后续检测性能产生负面影响。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，但孔隙率仍较低，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，提供一种纳米多孔非晶合金及其制备方法。该方法以Y28Ti28Co20Al24双相非晶合金为前驱体，通过第一次脱合金形成纳米多孔非晶合金骨架，经过二次脱合金在已有多孔骨架上合成非晶纳米薄片，制备出一种纳米多孔非晶骨架负载非晶纳米片的多孔非晶合金材料。本专利技术解决了当前多孔非晶合金制备中技术复杂，整体工艺时间长，设备复杂且设备造价高，产量低，孔尺寸大，比表面积低，不适用于工业化生产等不足。本专利技术的技术方案是：一种纳米多孔非晶合金，该材料元素组成为YαTiβCoγAlη，各元素的原子百分数为3.9≤α≤5.2，49.9≤β≤54.1，27.1≤γ≤31.4，13.6≤η≤14.8，且α+β+γ+η＝100；该多孔非晶合金由纳米多孔非晶骨架及负载其上的非晶纳米片组成，其中，纳米多孔非晶骨架的韧带宽为40～80nm，韧带间的孔尺寸为25～50nm，负载于多孔骨架上的纳米片长15～30nm，厚2～4nm；材料比表面积为45.6～87.4m2/g。所述的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65～95A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105～125HZ，喷铸压力为0.8～1.5MPa；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，一次脱合金处理制备多孔非晶骨架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8～11min，将所得产物清洗和真空干燥后，得到纳米多孔非晶合金骨架结构；其中，所述混合溶液为xMHNO3，yMH2SO4混合而成，体积比为xMHNO3：yMH2SO4＝3:1，0.7≤x≤0.9，0.2≤y≤0.4；第三步，二次脱合金处理合成非晶纳米片将上一步得到的纳米多孔非晶合金骨架结构于25℃恒温条件下浸泡入1～2MNaOH溶液中10～30min进行脱合金反应，所得产物经过清洗和真空干燥后，即得到由纳米多孔非晶骨架负载非晶纳米片的新型多孔非晶合金材料。上述一种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：本专利技术得到的纳米多孔非晶合金材料由纳米多孔非晶骨架及负载其上的非晶纳米片组成。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腐蚀液的配方与腐蚀时间控制)，使非晶材料具备新颖的纳米多孔结构。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。本专利技术开发出一种快速、便捷制备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，降低了设备的复杂性和设备成本，降低了工艺总时长，增加了产量，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(45.6～87.4m2/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，并且纳米骨架结构和超薄的非晶纳米片结构使材料得到更充分的利用，解决了当前工艺所制备的多孔非晶合金比表面积低的不足，该材料在催化领域具备了潜在的应用优势。附图说明：图1：实施例1中制备的纳米多孔非晶合金的透射电子电镜照片。图2：实施例1中制备的纳米多孔非晶合金的X射线衍射图谱。图3：实施例1中制备的纳米多孔非晶合金的元素能谱分析图。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米多孔非晶合金，其特征为该材料元素组成为YαTiβCoγAlη，各元素的原子百分数为3.9≤α≤5.2，49.9≤β≤54.1，27.1≤γ≤31.4，13.6≤η≤14.8，且α+β+γ+η=100；该多孔非晶合金由纳米多孔非晶骨架及负载其上的非晶纳米片组成，其中，纳米多孔非晶骨架的韧带宽为40~80 nm，韧带间的孔尺寸为25~50 nm，负载于多孔骨架上的纳米片长15~30 nm，厚2~4 nm；材料比表面积为45.6~87.4 m

【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔非晶合金，其特征为该材料元素组成为YαTiβCoγAlη，各元素的原子百分数为3.9≤α≤5.2，49.9≤β≤54.1，27.1≤γ≤31.4，13.6≤η≤14.8，且α+β+γ+η=100；该多孔非晶合金由纳米多孔非晶骨架及负载其上的非晶纳米片组成，其中，纳米多孔非晶骨架的韧带宽为40~80nm，韧带间的孔尺寸为25~50nm，负载于多孔骨架上的纳米片长15~30nm，厚2~4nm；材料比表面积为45.6~87.4m2/g。2.如权利要求1所述的纳米多孔非晶合金的制备方法，其特征为包括如下步骤：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65~95A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...

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