中國報告大廳網訊，在材料科學領域不斷發展的當下，不鏽鋼憑藉其優異的強度、延展性和耐腐蝕性，始終占據著重要地位。隨著科技的進步，對不鏽鋼行業材料性能的要求日益提高，納米多孔不鏽鋼材料因其獨特的結構和性能，成為研究熱點。其在多個領域展現出巨大的應用潛力，製備技術的研究也不斷取得新進展。以下是2025年不鏽鋼行業趨勢分析。
燒結是製備金屬多孔材料的傳統方式，在不鏽鋼納米多孔材料製備中也發揮著重要作用。其主要流程是將合適大小的不鏽鋼粉末與成孔劑(多為高分子量聚合物)混合，經模具壓製成型後，通過浸漬、燒結(如雷射燒結)去除成孔劑，最後在保護氣體或真空環境下再次燒結，從而製得孔隙率通常在 40% - 60% 的不鏽鋼多孔材料。近年來，該技術朝著更精細、納米級結構發展。
《2025-2030年全球及中國不鏽鋼行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，基於粉末燒結法，有研究以氣體霧化奧氏體 316L 不鏽鋼粉末為原料，採用漿料鑄造製備多孔不鏽鋼過濾材料，製得的材料開孔率為 38.05%，孔徑分布在 1 - 65μm，平均孔徑 5.78μm，但此方法製備的材料孔形狀和分布不規則。固氣共晶凝固法可製備內部孔隙形狀規則、分布規律性強的各向異性多孔不鏽鋼，如在氫氣和惰性氣體加壓混合物下，通過連續區域熔化技術，在 304L 不鏽鋼上可製備最大孔隙率為 60% 的樹枝狀多孔不鏽鋼，不過其孔徑約為數百微米。
雷射燒結(SLS)技術可使不鏽鋼多孔結構的孔徑進一步縮小，在一定工藝條件下，能呈現樹枝狀多孔結構，孔分布均勻，孔徑分布範圍窄。例如，有研究使用 SLS 技術生產的 316L 不鏽鋼樹枝狀多孔材料，孔長範圍 6 - 10μm，孔徑分布在 2 - 4μm，平均孔隙率約 60% 。然而，SLS 技術製備的孔徑仍在微米級。為實現納米級多孔結構，常將不鏽鋼與陶瓷膜結合製備不鏽鋼 - 陶瓷複合梯度納米級多孔膜。
常用的不鏽鋼陶瓷複合膜包括 TiO₂、Al₂O₃、SiO₂和 ZrO₂膜。以 TiO₂膜為例，使用 TiO₂的不鏽鋼結合陶瓷多孔膜燒結溫度約 950℃，通過絲網印刷可提高生坯密度，濕粉末噴塗在功能層與基材粘附方面更具優勢，還有研究通過溶膠 - 凝膠法製備的 TiO₂薄膜最小孔徑達到 80nm。Al₂O₃金屬陶瓷膜製備溫度相對較高，在不同溫度下燒結，可得到不同平均孔徑的膜，在不鏽鋼多孔基材表面引入不鏽鋼細粉過渡層，能提高膜的附著力 。SiO₂膜常用於分子篩，相關研究通過特定工藝製備的二氧化矽 - 不鏽鋼複合膜在氣體分離中表現出色 。在 ZrO₂不鏽鋼複合膜研究中，也取得了不同程度的成果，如製備出特定孔徑和厚度的分離膜。
脫合金法是製備納米多孔不鏽鋼的重要方法，主要包括水溶液脫合金(ASD)、金屬劑脫合金和氣相脫合金(VPD)。ASD 分為化學脫合金和電化學脫合金，在強酸 / 鹼環境中，金屬合金表面發生氧化還原反應，使金屬原子局部氧化成金屬離子並釋放到脫合金介質中，但非貴金屬在水溶液中不穩定，該方法存在一定局限性。使用金屬試劑脫合金時，根據金屬溶劑狀態分為液態金屬脫合金(LMD)或固態界面脫合金(SSID)，目前製備納米多孔不銹鋼結構主要採用 LMD 和 VPD。
LMD 法利用合金成分熔點差異，將合金浸入液態金屬浴提取犧牲相，反應由基質合金和溶劑之間的焓差驅動。例如，有研究在高純氦氣環境中，將 Fe - Cr - Ni 合金浸入鎂金屬熔體去除 Ni，得到連接的海綿狀多孔 Fe - Cr 相，實驗發現前驅體中鎳含量和脫合金時間會影響孔徑和孔徑分布 。還有研究使用鎳基合金在鎂金屬溶液中製備多孔不鏽鋼，平均孔徑為(500±100)nm。不過，LMD 法存在高溫下原子表面擴散增加、產生化學廢物等問題，且難熔金屬的高熔點也帶來挑戰。
VPD 法基於升華和 Kirkendall 效應，前驅體合金需含有高蒸氣壓金屬元素。研究發現，利用特定合金中金屬元素的飽和蒸氣壓差，可成功製備多孔不鏽鋼，如以高錳 316L - 50Mn 合金為基體合金，製備出具有 3D 連續多孔結構、平均孔徑為 1 - 2μm 的多孔不鏽鋼 。還有研究通過磁控濺射製備前驅體不鏽鋼鎂薄膜，經不同溫度和時間的脫合金處理，發現可定製納米結構，以適應不同應用需求。
陽極氧化法是基於陽極溶解過程的精密加工技術，廣泛應用於多孔金屬製備，在不鏽鋼納米孔陣列製備中效果顯著。基於陽極氧化形成的不鏽鋼納米孔陣列，具有獨特化學成分和高度有序結構，在電、催化活性和生物相容性等方面表現優異。例如，以 304 不鏽鋼為例，其陽極氧化氧化層主要成分是氧化鐵和氧化鉻，相關研究使用 304 不鏽鋼製備的高性能活性電極超級電容器，在特定電流密度下比電容達到 125.6mF/cm²，且經過多次充放電循環後電容保持率較高 。同時，不鏽鋼陽極氧化陣列在催化領域和醫學應用中也極具前景。
在陽極氧化過程中，多個因素會影響不鏽鋼納米孔的形態參數。電壓方面，研究表明，在特定電壓區間，不鏽鋼表面才能形成多孔結構，且孔徑、孔深、孔間距與電壓存在線性關係，探索合適的陽極氧化條件以控制納米結構參數是研究重點 。電解質方面，不同有機電解質溶劑會影響陽極氧化的電壓上限和納米孔結構，如乙二醇、二甘醇、甘油等溶劑在實驗中表現出不同的最大電壓極限和納米孔形態 ;電解質中水的含量也會對實驗結果產生影響，適量的水可促進自組織孔的形成，且影響陽極氧化程度和孔徑大小 ;電解液濃度同樣是調節不鏽鋼形態的重要參數，不同濃度的電解液可製備出不同孔徑的不鏽鋼納米結構 。電解溫度方面，較低溫度有利於形成有序、較小的納米級孔，溫度升高會使電化學反應加劇，納米孔形態變得不規則和無序 。
納米結構多孔不鏽鋼憑藉其自身優異品質和納米精細結構帶來的獨特效應，在眾多領域前景廣闊。目前，其主要製備方法包括燒結法、脫合金法和陽極氧化法。燒結法通過與陶瓷膜結合可實現納米級多孔結構;脫合金法中的 LMD 和 VPD 法可製備不同特點的納米多孔不鏽鋼;陽極氧化法能製備高度有序的納米孔，且各影響因素對其結構調控至關重要。未來，不鏽鋼行業納米孔的研究將聚焦於更先進的製造技術，致力於開發更簡單、成本效益更高的製備工藝，以實現更均勻、更小孔徑的結構，進一步增強其在各領域的應用效果。
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