金属催化剂3D打印制备技术与性能研究

发布时间：2022-08-09 19:16

　　在面对传统金属打印设备和打印耗材昂贵、受限于金属材料、生产成本高等问题时,提出了金属浆料3D（three-dimensional）打印的方案,该设备有结构简单,成本低,无需加热等诸多优势。并利用金属镍粉作为打印材料制备多孔结构催化剂代替昂贵的金属铂,与商用泡沫镍相比,在电解水时的电流密度更大,实现了制备高性能电解水催化剂工艺上的新突破。本课题利用浆料3D打印技术制备金属催化剂,降低了打印设备的成本,扩大了材料的选择性。以镍及镍合金粉末作为实验材料,聚乙烯醇（PVA）水溶液作为粘结剂。通过3D打印技术制备多孔金属镍催化剂并对其制备工艺进行研究,研究的内容包括多孔金属的制备,脱脂与烧结对孔隙的影响;探索了不同方式制备和合金催化剂在电解水制氢性能。具体内容如下:1、本文选用实验室改进后的3D打印机作为实验设备,镍及镍合金粉末与质量分数为10%的PVA溶液混合成的金属浆料作为打印材料。通过对金属粉末与PVA溶液相关性质的测试,得出当镍粉与PVA溶液的质量比为15:2时,此时浆料的密度为3.7214g/cm3,粘度为1265pa.s。金属浆料能够连续的挤出,并得到了挤出压力与挤出速度之间的关系,... 

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 金属多孔材料制备的研究发展
    1.3 3D打印金属多孔材料的应用
        1.3.1 在生物医学领域
        1.3.2 在环境领域
        1.3.3 在能源领域
    1.4 课题的提出
    1.5 本论文的研究目的、研究内容和研究创新点
        1.5.1 课题研究目的
        1.5.2 课题研究内容
        1.5.3 课题研究的创新点
第二章 设备的搭建和金属浆料的制备与测试
    2.1 打印设备的搭建与优化
        2.1.1 3D打印机的搭建
        2.1.2 3D打印机结构的优化
    2.2 金属浆料的制备与测试
        2.2.1 3D金属浆料中粉末的基本特征
        2.2.2 金属颗粒间的摩擦和松装密度
        2.2.3 PVA溶液的配置
        2.2.4 金属粉末与PVA溶液的接触角测试
        2.2.5 粉末与粘结剂的比例
        2.2.6 3D金属浆料的测试
    2.3 本章小结
第三章 金属浆料的3D打印技术
    3.1 金属浆料的流动计算
    3.2 打印网格的划分
        3.2.1 打印模型的构建
    3.3 打印参数的确定
        3.3.1 打印速度
        3.3.2 打印层高
        3.3.3 打印间距
    3.4 本章小结
第四章 脱脂与烧结工艺对制品性能的影响
    4.1 脱脂实验
        4.1.1 坯体的制备
        4.1.2 实验设备及操作
        4.1.3 脱脂的工艺
    4.2 烧结
        4.2.1 烧结工艺
        4.2.2 烧结后制品组织分析
    4.3 性能测试
        4.3.1 镍样条的物理测试
    4.4 本章小结
第五章 3D打印金属粉末催化剂电解水催化性能
    5.1 镍金属的催化
        5.1.1 电解水制氢
        5.1.2 镍金属催化剂的制备
        5.1.3 不同方法制备的三种镍催化剂的电流密度对比
    5.2 3D打印铜镍合金技术及催化性能
        5.2.1 铜镍合金催化剂的制备
        5.2.2 铜镍合金的力学性能
        5.2.3 铜镍合金的显微组织
        5.2.4 铜镍合金电解水制氢催化性能测试
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 研究结论
    6.2 研究展望
        1 、提高打印制品的固化速率
        2 、提高电解水制氢的电流密度
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]挤出方式对黏弹性浆料3D打印出料可控性的影响[J]. 郑镭,孙维连,孙铂,张雪静,纪宏超.  材料工程. 2020(03)
[2]氢气制备技术的研究进展[J]. 李永恒,陈洁,刘城市,杨云,李菲晖,巩运兰,刘美华.  电镀与精饰. 2019(10)
[3]挤出成形3D打印机扫描速度与挤出速度实时匹配的研究[J]. 刘志鹏,王安邦,段国林.  机械科学与技术. 2020(07)
[4]3D打印多孔钛金属植入物不同孔隙率对骨长入影响的实验研究[J]. 刘路坦,牛国旗,周乾坤,陈辉,聂虎,王震寰.  蚌埠医学院学报. 2019(09)
[5]金属纤维多孔材料的制备和研究现状[J]. 任垚嘉,刘世锋,李香君,张光曦,王庆娟.  中国材料进展. 2019(08)
[6]浅谈电解水制氢的原理及发展[J]. 王茂辉,吴震.  汽车实用技术. 2019(15)
[7]铜粉粒径对3D打印成形和烧结成形性能的影响[J]. 周健,唐丹娜,郝亮.  铸造技术. 2019(06)
[8]过渡金属基电催化析氢材料的研究进展[J]. 潘致宇.  当代化工研究. 2019(02)
[9]3D打印在催化和吸附材料制备领域的应用[J]. 周昕瞳,刘振星,刘昌俊.  化工进展. 2019(01)
[10]3D冷打印钨镍铁合金零件的研究[J]. 吴坷,谢海林,李邦怿,张静,冯建,伍方,朱玉斌.  稀有金属与硬质合金. 2018(06)

博士论文
[1]Ni基多孔合金的制备及性能研究[D]. 吴靓.中南大学 2013

硕士论文
[1]基于烧结纳米铜颗粒的低温全铜互连研究[D]. 左杨.重庆大学 2018
[2]多孔镍基复合材料的制备及其析氢电催化性能[D]. 张晓攀.山东大学 2015
[3]Ni基合金的制备及其电催化性能研究[D]. 王宇航.北京化工大学 2014



本文编号：3673132