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申请/专利权人：南京工业大学

摘要：本发明公开了一种具有单梯度分级多孔结构的金属叠层材料及其制备方法，通过扩散焊增材制造技术将异种金属叠放在一起，并通过热压处理进行互相扩散形成无限固溶体层，再结合脱合金脱除活泼金属，形成多孔结构，获得具有单梯度分级多孔结构的金属叠层材料；其中，所述多孔结构中，孔径沿第二金属层向外侧呈现出从小到大的单梯度变化，从而形成单梯度分级多孔结构。本发明的方法获得的金属叠层材料具有高效的传质速率和催化效率，且力学性能优秀，使用寿命长。

主权项：1.一种具有单梯度分级多孔结构的金属叠层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将第一金属和第二金属进行表面清洗，去除金属表面存在的加工油质及其它杂质；其中，第一金属和第二金属之间的化学活泼性和热力学稳定性均存在差异，并定义第一金属比第二金属活泼，第一金属比第二金属的扩散速度快；S2、将步骤S1清洗后的第一金属和第二金属依次相互叠加N次后，采用扩散焊增材制造工艺使第一金属和第二金属的物理界面消除，从而使得第一金属和第二金属紧密结合，得到第一中间体；其中，N≥1；所述扩散焊增材制造工艺的具体过程如下：将步骤S1清洗后的第一金属和第二金属依次相互叠加后置于真空热压炉中，施加压力至5~20MPa，并控制温度为T1，在氮气气氛保护的条件下进行第一次保温处理直至第一金属和第二金属的物理界面消除；其中，温度T1的控制范围为0.5Tm≤T1＜T软，当第一金属的熔点大于第二金属的熔点时，Tm为第二金属的熔点，T软为第二金属的软化温度；当第一金属的熔点小于第二金属的熔点时，Tm为第一金属的熔点，T软为第一金属的软化温度；S3、将所述第一中间体进行热处理，使第一金属和第二金属相互扩散形成无限固溶体，得到第二中间体；其中，第二中间体中包含第二金属层和无限固溶体层；所需无限固溶体层的厚度X的取值为：W＜X＜2W；其中，W为第一金属的厚度和第二金属的厚度中相对较大的厚度值；所述第一金属的厚度Y为3μm~200μm，所述第二金属的厚度Z为3μm~200μm；所述热处理的过程如下：将第一中间体通过真空石英管封管，并采用氮气气氛保护，置于马弗炉中，在T2的温度下进行第二次保温处理；其中，温度T2根据满足形成无限固溶体层的要求进行设置；第二次保温处理的时间根据所需无限固溶体层的厚度X进行设置；温度T2的控制范围为0.5Tm≤T2＜T软，当第一金属的熔点大于第二金属的熔点时，Tm为第二金属的熔点，T软为第二金属的软化温度；当第一金属的熔点小于第二金属的熔点时，Tm为第一金属的熔点，T软为第一金属的软化温度；所述第二次保温处理的时间按照如下方法确定：根据式（1）得到热量不损耗情况下的第二次保温处理的时间t： （1）其中，X为所需无限固溶体层的厚度，m；X1为第一金属在第二金属中扩散的扩散厚度，m；X2为第二金属在第一金属中扩散的扩散厚度，m；t为热量不损耗情况下的第二次保温处理的时间，s；D1为第一金属在第二金属里的扩散系数，m2s；D2为第二金属在第一金属里的扩散系数，m2s；在时间t下进行保温，得到具有X’厚度的无限固溶层，当X’＜X时，增加第二次保温处理的时间直至无限固溶层的厚度满足要求；当X’＞X时，减少第二次保温处理的时间直至无限固溶层的厚度满足要求；S4、将所述第二中间体进行脱合金处理，脱除无限固溶体层中的第一金属原子，从而形成多孔结构，得到金属叠层材料；其中，所述多孔结构中，孔径沿第二金属层向外侧呈现出从小到大的单梯度变化，从而形成单梯度分级多孔结构。

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