泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料及其制备方法 本发明涉及新型材料领域，具体涉及泡沫铁或铁合金材料、泡沫铁基复合材料及其制备方法。
目前在镍正极系列碱性可充电池中使用的电极基板材料，普遍采用泡沫镍，由于镍资源在地球上的相对贫乏，决定了泡沫镍的价格居高不下，为降低电池成本，人们寻求其他泡沫金属材料如泡沫铁材料来取代泡沫镍，但由于铁材料在湿法生产和贮运过程中常常受到严重的腐蚀，给材料的进一步加工带来不便，甚至无法使用，因此纯泡沫铁材料一般不能适应电池的生产工艺和复杂气候环境的耐蚀性要求；另外考虑到电池中电极反应的催化活性和基板导电性能的特殊要求，如大电流放电等，因此需要在泡沫铁表面再镀履至少一层其他金属如铁、锌、钴、锡、铜、铬等形成铁合金。
本发明之目的旨在提供一种价格低廉、工艺性能优良、耐蚀性强、适应性好的泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料及其制备方法，替代传统使用的泡沫镍或镍毡，制作碱性电池正负极基板材料，有效地降低电池生产成本，改善和提高电池品质。
本发明的技术解决方案是：这种泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料呈大比表面积的泡沫多孔状或毡、织物外型，为片状或连续带状材料；所述铁合金是指该材料的主要成份不仅含铁，而且至少含有镍、锌、镉、锡、钴、银、钯、钛、铝中的一种或多种：所述的铁基复合材料是指该材料为多层，包括铁和至少一种其他金属材料：镍、锌、锡、钴、铜、铬，这种泡沫铁或铁合金材料、泡沫铁基复合材料的制备方法为：选择不同材质、不同形貌、不同厚度的非金属多孔材料作模芯，通过化学镀铜，化学镀镍或涂复导电胶或通过真空磁控溅射或多弧离子镀实现模芯材料的导电化处理，将导电化后的模芯材料进行铁、铁合金的电沉积及铁基复合材料的多层电沉积，电沉积后的材料再经过真空、或氮分氛，或氢气氛保护下的热处理还原炉进行热处理，制成本发明的泡沫铁或铁合金材料、泡沫铁基复合材料。
本发明提供的泡沫铁合金材料、泡沫铁基复合材料价格低廉、工艺性能好，可替代现有泡沫镍材料，制作碱性电池地电极基板，解决了现有镍资源贫乏，成本价格高的问题，有效降低了电池生产成本，在泡沫金属的其他应用领域，如过滤介质、集、散热材料，选用本发明的泡沫铁或铁合金或泡铁基复合材料，也能有效地降低材料成本。同时，本发明的泡沫铁或铁合金材料、泡沫铁基复合材料耐蚀性较强，适应电池的生产工艺和复杂气候环境的耐蚀性要求，制成的电极基极，能满足电池中电极反应的催化活性及对基板导电性能的要求。本发明构思新颖，工艺完备，生产可靠，技术性能优良。
下面对本发明作进一步详细说明：
本发明选择适当的模芯材料，所谓适当是指不同材质、不同形貌、不同厚度的非金属多孔材料，如聚氨酯、尼龙、聚丙烯等化学纤维或棉质纤维纺织品的网状材料。模芯材料通过化学镀铜、化学镀镍或涂覆导电胶或通过真空磁控溅射或多弧离子镀实现模芯材料的导电化，再将导电化后的模芯材料进行铁或铁合金或铁基复合材料的电沉积，电沉积后的泡沫金属材料经过氢气氛保护的热处理还原炉处理，达到该材料的多项机械物理性能要求。
泡沫铁或铁合金材料及泡沫铁基复合材料呈大比表面积的泡沫多孔状或毡、织物状等外型，为片状或连续带状材料。
所谓铁合金是指该材料的主要成分除铁之外还含有镍、锌、镉、锡、钴、银、钯、钛、铝中的一种或多种并可严格控制：所谓铁基复合材料是指该材料以多层形式，包括了镍、锌、锡、钴、铜、银、铬中至少一种除铁之外的其他金属。该材料可以是泡沫状，也可以是多孔网状，厚度可以是0.2～8.0mm。
本发明可用于镍系碱性可充电池，如镍镉电池的正极基板或负极基板，替代传统使用的泡沫镍或镍毡，可有效地降低电池生产成本，而且由于引入了其他金属，构成泡沫铁合金或铁基复合材料，铁合金和铁基复合材料与泡沫铁相比能明显改善基板材料在电池反应中的催化活性或耐蚀性能及其他电性能。
本发明材料采用下述生产工艺制备而成：模芯导电化处理-电沉积-真空或氮气，或氢气氛保护下的热处理。
所述的模芯导电化处理工艺可以是(1)化学镀镍或化学镀铜：(2)涂复导电胶，导电介质可以是与泡沫金属材料相同的金属粉，也可以是石墨，或碳黑，或乙炔黑。导电介质的颗粒度应是数百纳米(nm)至100微米(um)左右；(3)真空镀膜，镀覆的金属为铁、铜、锌、铝、钛、银、镍。
所述的电沉积可以是连续化带状的连续作业，也可以是块状间断作业。铁合金材料应是在同一电解液体系中电沉积完成，铁基复合材料应是在几种不同的电解液体系中分别电沉积完成；
所述的热处理是在真空，或氮气氛，或氢气保护下的热处理，热处理过程可以是一次，也可以两次完成。
本发明材料所用的模芯可以是软性聚氨酯海绵，包括聚酯型或聚醚型，聚氨酯海绵是由末端带有两个以上羟基的聚酯多元醇或聚醚多元醇与二异氰酸酯、水、表面活性剂、催化剂及其他添加剂发生聚合反应后形成的在主链上含有多个-NH-C-O-基团的高分子化合物，称之为聚氨酯海绵。模芯也可以是尼龙、聚丙烯等化学纤维或棉质纤维纺织品的网状材料。模芯可以是上述海绵或网材的单层，也可以是由它们组成的双层或多层，如网加海绵加网共三层或海绵加网加海绵共三层，网与海绵之间的结合可以是热压合或聚氨酯胶粘合。
模芯的导电化可以采用化学镀镍，也可采用化学镀铜工艺，何种化学镀工艺，应视最终材料的用途而定，如作电池材料的正极基板，不允许有较高的铜杂质，可能化学镀铜不适合，无论化学镀铜或化学镀镍之前，必须进行除油污、亲水、粗化、敏化、活化处理。除油污在碱性介质中进行，如在氢氢化钠(5-30g/L)、碳酸钠(10-30g/L)，温度为10-40℃溶液中处理10秒-1分钟，然后漂洗清洁。
粗化常采用酸性介质进行处理。这些酸性介质有铬酸、双氧水、重铬酸钾、高锰酸钾、氟化铵另外补加磷酸、硫酸、醋酸、盐酸。用量为前者1-150g/L补加者0.5-50g/L。
亲水处理可与粗化同步进行，也可单独进行，如选择0.01-0.5/L阳离子表面活性剂进行处理。
敏化以氯化亚锡0.5-50g/L和盐酸0.5-30g/L。于室温下处理20秒至2分钟。
化学镀镍前的活化可采用离子型溶液也可采用胶体钯型溶液。离了型溶液分为银离子型或钯离子型。银离子型由硝酸银0.5-100g/L，氨水5-100g/L于室温下处理10秒至10分钟。钯离子型由氯化钯0.03-1.5g/L，盐酸0.25-20g/L或/和氯化铵0.1-2.0g/L，于15-50℃下处理10秒至5分钟。胶体钯型溶液可由下述方式配制(1)氯化钯0.05-2.0g/L，氯化亚锡5-80g/L，盐酸50-300g/L，氯化钠100-200g/L(2)或将上述成分按适当比例配成原液或补充液，并加尿素20-80g/L，间苯二醇0.5-1.5g/L。
活化后的模芯可进行化学镀镍或化学镀铜达到导电化的目的。
化学镀镍选用中、低温弱碱性处理溶液。溶液成份为硫酸镍(NiSO4.7H2O)：30g/L以下，次亚磷酸钠(NaH2PO2.H2O)：25g/L以下，柠檬酸钠(Na3C6H5O7.2H2O)或酒石酸钾钠(KNaC4H4O6.4H2O)：60g/L以下。PH7-10，温度50℃以下，处理时间1-10分钟。
化学镀铜选用中、低温碱性处理溶液，溶液成份为硫酸铜CnSO4.5H2O)10-100g/L、甲醛3-50g/L，以酒石钾钠KNaC4H4O6.4H2O)或乙二胺四乙酸二钠(EDTANa2.2H2O)10-100g/L作络合剂：PH：10-13，温度50℃以下。模芯也可不经前处理，直接涂覆导电胶达到导电化的目的。导电胶由导电介质、粘结剂和溶剂组成。导电介质可以是镍粉、铜粉、铁粉、也可以是至少为石墨、碳黑、乙炔黑中的一种。粘结剂至少为醇酸树脂、丙烯酸树酯、聚丙烯、聚氨酯胶中一种，溶剂至少为丙酮、乙醇、三氯甲烷中的一种。导电胶的涂覆方式可以是浸涂，也可以是喷涂。涂覆导电胶后的模芯需在30-60℃中烘干。
模芯也可采用真空镀膜的方式实现导电化。真空镀膜选用非平衡磁场的磁控溅射或多弧弧离子镀。也可采用两种方式组合的镀膜系统。镀膜的传动可以是片状或连续带状。采用连续带状传动阴极磁控溅射镀膜时，设备选用双室系统，严格控制真空度，工件采用恒张力、低张力传动和卷绕，高效冷却，自动纠偏，在进行磁控溅射之前，模芯要进行较长时间的除气、除水。选用多弧离子镀时，要选择比磙控溅射大得多的工件与靶之间的距离，例如200-1000mm。真空度为10-3帕。镍靶为4对以上。其工艺流程如下：模芯整卷进真空室-穿带至收卷室-试验走带情况-封闭真空室并开始抽真空，达到真空度10-3帕-起辉磁控溅射镀膜-关阀、停泵、停电源、停止走带-低温泵加热除霜至室温-真空室放气-开门取收卷后的模芯-完成一卷真空镀膜。
真空镀膜可镀覆铁、锌、铝、钛、铜、银、镍。
导电化后的模芯，进行铁合金电镀或铁基复合镀层的电沉积处理。
铁镍合金镀层至少可采用下述工艺配方：
NiCl2.6H2O： 50-200g/L
FeCl2.4H2O： 20-200g/L
H3BO3： 20-100g/L
PH： 3-5
温度 50℃以下
铁基复合镀层至少可采用下述电沉积工艺配方中的一种：
(1)FeSO4.7H2O： 100-300g/L
(NH4)2SO4： 50-200g/L
H3BO3： 20-100g/L
MnCl2.4H2O 2-20g/L
PH： 3-5
温度 60℃以下
(2)FeCl.4H2O 100-400g/L
NaCl 20-100g/L
MnCl2.4H2O 2-25g/L
H3BO3 20-100g/L
PH： 2.5-5
温度： 50℃以下
(3)FeSO4.7H2O： 100-300g/L
FeCl2.4H2O： 50-200g/L
H3BO3： 20-100g/L
PH： 2.5-5
温度： 60℃以下
铁基复合镀层的产品可以根据不同用途在电沉积泡沫铁之后的表面再电沉积镍或锌。电沉积镍可采用瓦特镍电镀工艺，电沉积锌可采用锌酸盐电镀工艺。锡、钴、铜、银、铬采用常规电镀工艺。
因此，本发明涉及至少一种新型材料及其制备方法，具体涉及一种或多种有别于普通泡沫铁和其它单一泡沫金属及其制备方法。