فوم نیکل یک ساختار فلزی متخلخل سه بعدی با سلول باز است که با منافذیت بسیار بالا (معمولاً 90 ٪ 98٪) ، تراکم کم حجم (0.15 ٪) مشخص می شود.45 گرام/سمتر (فقط یک پنجم از نیکل جامد)، و یک شبکه منافذ کاملا به هم متصل با نرخ سوراخ بیش از 95٪این داربست سبک وزن و رسانای الکتریکی ترکیبی منحصر به فرد از سطح خاص بالا را ارائه می دهد (برای افزایش فعالیت کاتالیتیک و بارگذاری مواد فعال)نفوذ بسیار عالی گاز/سیال، و انعطاف پذیری مکانیکی، مطابق با ASTM B162 (برای خالصیت نیکل ≥99.5%) و ASTM E23 (بررسی ضربه) ساخته شده است.
در ذخیره سازی انرژی، فوم نیکل به عنوان زیربنای کلکتور جریان استاندارد صنعت برای آنود های باتری لیتیوم یون، الکترود های باتری نیکل متال هیدرید (NiMH) ،و ابرکندسیتورهای با کارایی بالا، که معماری باز سه بعدی آن حداکثر استفاده از مواد فعال و توانایی نرخ را افزایش می دهدبرای کاتالیز الکتروشیمیایی، فوم نیکل به عنوان یک حمایت کاتالیز بسیار کارآمد برای واکنش تکامل هیدروژن (HER) و واکنش تکامل اکسیژن (OER) در الکترولیزرهای آب عمل می کند.با فوسفید فلز های گذار (e).به عنوان مثال، Ni2P) ، بیش از حد قدرت HER را به کمتر از 50 mV کاهش می دهد و به دست آوردن 40٪ بهره وری نسبت به حامل های مبتنی بر کربن معمولیدر فیلتر و جدایی پیشرفته، فوم نیکل یون های فلز سنگین (Pb2 +، Cd2 +) را از فاضلاب صنعتی حذف می کند و به عنوان یک محیط تصفیه گاز با دمای بالا عمل می کند.برای مدیریت حرارتی و صوتیفوم نیکل 90 دبیل تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را از طریق بخش های نازک و ضریب جذب صدا در فرکانس های بالا فراهم می کند، باعث می شود آن را ایده آل برای پانل کابین هوافضا، محفظه های الکترونیکی و قطعات کاهش نویز خودرودر تمام این بخش های پرطلب، فوم نیکل به طور مداوم قابلیت اطمینان و عملکردی را که مهندسان برای نسل بعدی تبدیل انرژی و فن آوری های زیست محیطی نیاز دارند، ارائه می دهد.
ترکیب شیمیایی و استانداردهای خلوص
| پارامتر | مشخصات / ارزش | تست / استاندارد سازگاری |
|---|---|---|
| عنصر فلز پایه | نیکل (Ni) | ️ |
| درجه پاکیزه | ≥99.5٪ (2N5) 99،9٪ | ASTM B162 (UNS N02200 / N02201) |
| محدودیت های ناخالصی (معمولی) | Fe ≤0.010%؛ C ≤0.030%؛ S ≤0.008%؛ Si ≤0.005%؛ Cu ≤0.005% | ICP-OES بر اساس ASTM E1473 |
| فرمول مولکولی | نه | ️ |
| وزن مولکولی | 58.69 گرم/مول | ️ |
مشخصات خواص مکانیکی و فیزیکی
فوم نیکل از طریق فرآیند های الکترودپوزسیون و سینتر کردن حرارتی تولید می شود و یک شبکه سه بعدی یکنواخت از رباط های نیکل متصل به یکدیگر را تولید می کند.مشخصات کلیدی در درجه های مختلف در زیر خلاصه شده است:
| پارامتر | محدوده ارزش | يادداشت ها / درجه معمول |
|---|---|---|
| حفره ای | ۶۰٪ ۹۹٫۹٪ (استانداردی: ۹۰٫۹۸٪) | کسری حجم خالی تراکم عمده را تعیین می کند |
| نرخ عبور سوراخ | ≥95% | تمام منافذ برای نفوذ مایع/گاز به هم متصل هستند |
| منافذ در هر اینچ (PPI) | 5 ¢ 130 PPI | ۵۵۰ پی پی آی (سخت) ؛ ۵۰۱۳۰ پی پی آی (خالص) ؛ ۱۱۰ پی پی آی برای GDL سلول سوخت |
| اندازه منافذ | 0.05 میلیمتر 10 میلیمتر | مربوط به محدوده 5-120 PPI است؛ فوق العاده نازک تا 0.05 میلی متر |
| تراکم عمده | 0.15 0.45 گرم/ سانتی متر | تقریباً 1/5 تا 1/30 نیکل جامد (8,90 g/cm3) |
| تراکم مساحت | ۲۸۰ ۱.۵۰۰ ± ۳۰ گرم در متر مربع | برای ضخامت 0.5~2.5 میلی متر |
| ضخامت | 0.5 میلی متر 30 میلی متر (معمول بیش از 30 میلی متر) | تحمل دقیق ±0.05 mm برای اندازه گیری نازک |
| اندازه ورق | ۵۰۰ × ۵۰۰ میلی متر، ۵۰۰ × ۱۰۰۰ میلی متر | ابعاد بزرگتر در صورت درخواست در دسترس است |
| نقطه ذوب | 1،453 1,455 °C | پایه نیکل جامد |
| حداکثر دمای کار | ≥500 °C | اتمسفر اکسیداتیو مداوم |
| حداکثر مقاومت در برابر دمای | >1,100 °C (به مدت کوتاه مدت) | مقاوم به شوک حرارتی و اکسیداسیون |
| رسانایی الکتریکی | بالا (~14٪ معادل IACS از انبوه) | بسته به تراکم نسبی |
| رسانایی حرارتی (برآورد شده) | تا 15.26 W/(m·K) (در ۸۰٪ متخلخل) | در کامپوزیت های نفوذ شده با PTFE |
| اثربخشی محافظ EMI | ∼90 دبیل | از طریق بخش نسبتا باریک ضخامت |
| مقاومت کششی | 8 50 MPa (نظری، وابسته به منافذ) | قدرت مکانیکی با افزایش سوراخ پذیری کاهش می یابد |
| حداکثر کشش (۸۰٪ منافذیت) | 50.4 ± 6.8 MPa | اندازه گیری شده در سازه های ترکیبی |
| سختی ویکرز | ۶۳۸ MPa | سختی رباط های فوم نیکل فراوانی |
| قدرت برش | 190 PSI (∼1.31 MPa) | ️ |
راهنمای کاربرد بین صنایع
| بخش کاربرد | موارد استفاده خاص | عوامل کلیدی عملکرد |
|---|---|---|
| ذخیره سازی انرژی (باتری ها و سوپرکدسیتورها) | آنودهای باتری لیتیوم یون (سربست گیرنده جریان) ؛ الکترودهای باتری NiMH (حمایت الکترود مثبت) ؛ الکترودهای سوپرکاپسیتورباتری های نیکل آهن جامد مبتنی بر سیمان برای ذخیره انرژی ساختمان | حفره پذیری بالا (90٪ تا 98٪) برای بارگذاری مواد فعال؛ رسانایی الکترونیکی بالا؛ ثبات ساختاری در طول چرخه های شارژ / تخلیه |
| انرژی هیدروژن و الکترو کاتالیز | لایه های پخش گاز سلول سوخت PEM (GDL) ؛ لایه های حمل متخلخل الکترولیز آب قلیایی (PTL) ؛ پشتیبانی کاتالیزور HER / OER؛ الکترود های دو عملکردی باتری Zn-air | شبکه باز سه بعدی مرز سه فاز را به حداکثر می رساند؛ ظرفیت بیش از حد HER را به <50 mV کاهش می دهد؛ 40٪ افزایش بهره وری در مقایسه با حامل های گرافن؛ مقاومت در برابر خوردگی در الکترولیت KOH |
| محافظت EMI و مدیریت حرارتی | پانل های صوتی کابین های هوافضا؛ محفظه های تجهیزات الکترونیکی؛ گاسکت های EMI و پد های زمین گیری؛ کامپوزیت های تغییر فاز برای دفع گرما | 90 دبیل از موثریت محافظتی؛ جذب صدا با فرکانس بالا؛ سبک وزن ( چگالی 0.15-0.45 g/cm3) ؛ قابل بازیافت |
| فیلتر و جداسازی | فیلترهای ترکیب گاز و مایعات صنعتی؛ جذب فلزات سنگین (Pb2+، Cd2+، Hg2+) از آب فاضلاب؛ فیلترهای فلزات ذوب شده | نفوذ پذیری بالا در گاز / مایع؛ مقاومت در برابر خوردگی در محیط اسیدی / قلیایی؛ ساختار یکنواخت منافذ؛ ظرفیت نگه داشتن کثافت بالا |
| هوافضا و دفاع | پوشش های صوتی برای نخل های موتور جت؛ پانل های ساختاری سبک وزن؛ زیربناهای مواد جذب رادار (RAM) | مقاومت در برابر دمای بالا (> 500 °C) ؛ تراکم کم برای کاهش وزن؛ منافذ قابل تنظیم (10 ‰ 130 PPI) |
| ماشین آلات | جمع آوری کننده های جریان باتری خودروهای الکتریکی (EV) ؛ زیربناهای کاتالیست کنورتر؛ پانل های کاهش نویز/تلاطم/سختی (NVH) | خنک کننده لرزش؛ جذب صدا در فرکانس های بالا؛ مطابق با استاندارد ایمنی تصادف FMVSS 215 |
| پشتیبانی کاتالیزور | رآکتورهای هیدروژنی/ده هیدروژنی؛ کاتالیزورهای اکسیداسیون VOC؛ بستر های کاتالیزور فلز نجیب (Pt، Pd، Ru) پشتیبانی شده | مساحت سطح خاص بالا؛ توزیع درجه حرارت یکنواخت؛ مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی |
| تبادل گرما | مبادله گرماهای فشرده؛ خنک سازی قطعات الکترونیکی؛ مدیریت حرارتی LED | نسبت سطح به حجم بالا برای انتقال گرما کارآمد؛ کاهش فشار کم در سراسر ساختار فوم |
تمرکز کاربرد منطقه ای
| منطقه | صنایع کلیدی | درایورهای کاربردی برای فوم نیکل |
|---|---|---|
| آسیا و اقیانوسیه (چین، ژاپن، کره جنوبی، هند، جنوب شرقی آسیا) | تولید باتری، الکترونیک مصرفی، تولید خودرو | بزرگترین بازار الکترود باتری در جهان (>70٪ از مصرف جهانی فوم نیکل).تلنگانا) و زنجیره های تامین باتری خودروهای آسیان، فوم فوق نازک را اولویت بندی می کنند..5 ٫2.0 mm، 95 ٫110 PPI) |
| آمریکای شمالی (ایالات متحده، کانادا) | هوافضا، دفاع، انرژی هیدروژن، تجهیزات پزشکی | محافظ EMI درجه AMS برای هواپیماهای نظامی. گسترش الکترولیزر PEM (حافز IRA برای H2 سبز) تقاضا برای فوم 80 ‰ 110 PPI را به عنوان لایه حمل و نقل متخلخل افزایش می دهد |
| اروپا (آلمان، فرانسه، انگلستان، هلند) | اقتصاد هیدروژن، مهندسی خودرو | اهداف هیدروژن اتحادیه اروپا در توافق سبز: زنجیره تامین خودروهای الکترونیکی آلمان، فوم نیکل را برای باتری های کمکی NiMH و اجزای سلول سوخت PEM مشخص می کند |
| خاورمیانه (امارات متحده عربی، عربستان سعودی، قطر) | نفت و گاز، ترشح، پتروشیمی | فیلترهای شیرین کننده گاز H2S/CO2 پروژه هیدروژن سبز سعودی NEOM |
| آمریکای جنوبی (برزیل، آرژانتین، شیلی) | معدن، استخراج فلزات | فیلترهای لیس کردن سنگ مس، تصفیه آب معدن اسیدی (pH 2 ٪ 4) ، توزیع کننده های مایعات مقاوم به خوردگی |
| آفریقا (آفریقا جنوبی، نیجریه) | معدن، تصفیه آب | فیلترهای جذب یون فلزات سنگین (Pb2+، Cd22+) برای تخلیه آب معدن |
سوالات متداول (FAQ)
Q1: طهارت استاندارد کف نیکل چیست و آیا الزامات RoHS برای صادرات اروپا را برآورده می کند؟
فوم نیکل به طور معمول به پاکیزگی نیکل 99.5٪ (2N5 درجه) تا 99.9٪، آهن (Fe) ≤0.010٪، کربن (C) ≤0.030٪، گوگرد (S) ≤0.008٪،و سایر آلودگی های ردیابی که به طور دقیق بر اساس مشخصات ASTM B162 کنترل می شوند. خریداران اروپایی ممکن است گواهینامه های آزمایش آسیاب EN 10204 نوع 3.1 را که ترکیب شیمیایی را تأیید می کنند، نیاز داشته باشند.جیوه، کادمیوم یا کروم شش ارزش) ، و برای تمام کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی در کشورهای عضو اتحادیه اروپا کاملا سازگار است.یک ورق اطلاعات ایمنی (SDS) برای فوم فلزی نیکل مطابق با الزامات ضمیمه II REACH برای هر حمل و نقل به سوی اتحادیه اروپا ارائه می شود.
س2: سوراخ پذیری چگونه بر مقاومت مکانیکی کف نیکل تاثیر می گذارد و محدوده مقاومت کششی معمولی چیست؟
منافذیت رابطه معکوس با قدرت مکانیکی دارد: منافذیت بالاتر بخش حجم رباط های نیکل جامد را کاهش می دهد و در نتیجه مقاومت کششی را کاهش می دهد.کف نیکل استاندارد (پوریزیت 90 ٪ 98٪) دارای مقاومت کششی در محدوده 8 ٪ 50 MPa بسته به اندازه منافذ و تراکم نسبی استبه عنوان مثال، در ۸۰٪ متخلخل بودن، حداکثر قدرت کششی به ۵۰٫۴ ± ۶٫۸ MPa می رسد، در حالی که قدرت فشرده سازی توسط یک رابطه قانون قدرت با تراکم نسبی (σ ρ ٫۵ تا ρ ٫۲) اداره می شود.این ماده همچنین به دلیل روند صاف شدن در طول تولید رفتار anisotropic را نشان می دهد، به این معنی که خواص کششی بین جهت های داخل هواپیما و ضخامت از طریق متفاوت است..
سوال 3: آیا می توان فوم نیکل را برای مونتاژ برش داد، جوش داد یا به فلزات دیگر متصل کرد؟ تکنیک های تولید توصیه شده چیست؟
فوم نیکل به راحتی با استفاده از تکنیک های استاندارد فلزکاری ساخته می شود. برش لیزر (فیبر یا CO2) لبه های تمیز و بدون حفر را با حداقل منطقه گرمایی تحت تاثیر قرار می دهد.جوش نقطه ای مقاومت به طور موثر فوم نیکل را به نایل یا فولاد ضد زنگ متصل می کندجوش فوق صوتی برای اتصال سربهای نازک نیکل به الکترود های فوم مناسب است. برای چسباندن: چسب های اپوکسی نقره ای که به طور الکتریکی هدایت می شوند (به عنوان مثالLOCTITE AA 3515) یا اپوکسی های پر از نیکل، مفاصل مقاومتی کم را فراهم می کنند (معمولا < 10 mΩ · cm2)برای کاربردهایی که نیاز به جداسازی مکرر دارند، فیتینگ های فشرده سازی یا فشرده سازی مکانیکی ترجیح داده می شوند.از جوش دادن در دمای بالا (>800 °C) اجتناب کنید زیرا این کار می تواند رباط های نیکل نازک را اکسید کند و یکپارچگی ساختاری فوم را تخریب کندتمام عملیات جوشکاری و چسبندگی باید از تهویه مناسب گازهای خروجی محلی برای جلوگیری از استنشاق انتشار ذرات ظریف تولید شده در طول پردازش استفاده کنند.