一種鐵鉻鋁基多孔合金材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵鉻鋁基多孔合金材料及制備方法，特別適應(yīng)于對(duì)粉塵或高溫流體起過(guò)濾作用、且高溫強(qiáng)度優(yōu)良，屬于多孔合金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔金屬獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)特征，使得其具備了過(guò)濾、吸聲、隔聲、散熱、阻燃、減震等多種物理性能，因此，它們?cè)诤教臁⒑娇?、運(yùn)輸、電子、軍工、化工、環(huán)保、能源、機(jī)械、生物等各個(gè)高科技領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。然而，目前國(guó)內(nèi)外在高熔點(diǎn)多孔金屬這一塊的研宄還不是很多，而且主要集中在以鐵和不銹鋼等材料作為基體研宄。但鐵和不銹鋼多孔金屬的耐腐蝕與抗氧化性能有一定程度的缺陷，不能適應(yīng)某些特定的工作環(huán)境的要求，因此，選擇性能更優(yōu)異的材料為基體來(lái)制備多孔金屬就顯得意義十分重大。
[0003]鐵鉻鋁合金是一類鐵素體合金，因?yàn)槟茉诟邷丨h(huán)境下表面生成一層與基體結(jié)合緊密的致密氧化鋁保護(hù)膜，使其具有耐腐蝕、抗氧化、抗?jié)B碳以及耐磨等優(yōu)點(diǎn)，從而在高溫粉塵或高溫流體過(guò)濾及催化載體等方面應(yīng)用前景很大。目前國(guó)內(nèi)外也開(kāi)展了一些采用鐵鉻鋁合金為基體來(lái)制備多孔金屬材料的研宄，如:專利CN102286669A首先在聚氨酯海綿等多孔體上噴涂鉻粉和鋁粉，經(jīng)過(guò)導(dǎo)電膠浸涂、加溫固化等工序后進(jìn)行電沉積鐵而得到鐵鉻鋁多孔材料；專利CNlOl 172257A制備泡沫鐵鉻鋁是以泡沫形狀金屬(鐵、鎳、銅及其合金等)為基材，在基材的多孔表面進(jìn)行火焰噴涂鐵鉻鋁而得到。這些方法盡管可制備出鐵鉻鋁多孔金屬材料，但存在工藝復(fù)雜、原料成本高等問(wèn)題；另一方面現(xiàn)有鐵鉻鋁材料在高溫下使用后，由于晶粒長(zhǎng)大使其變得易脆，從而影響了這類材料在高溫環(huán)境下的使用壽命。
[0004]針對(duì)鐵絡(luò)銷在尚溫環(huán)境下易脆以及現(xiàn)有鐵絡(luò)銷基多孔材料制備制備成本尚等冋題，本發(fā)明人經(jīng)反復(fù)研宄，發(fā)明了一種新的鐵鉻鋁基多孔材料制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提高一種耐急冷急熱性能好、抗高溫腐蝕性能優(yōu)良、過(guò)濾性好、強(qiáng)度高的鐵鉻鋁基多孔合金材料及制備方法。
[0006]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔合金材料，包括下述組分，按質(zhì)量百分比組成:
[0007]鋁3-7，
[0008]鉻15-25，
[0009]碳化硅2-10，
[0010]稀土0.03-0.5，余量為鐵。
[0011]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔合金材料，所述稀土為鑭鈰混合稀土或稀土釔，鑭鈰混合稀土中各組分的質(zhì)量按任意比例配置。
[0012]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔合金材料，所述多孔合金材料由直徑為0.5-3.5mm的鐵絡(luò)銷基合金材料顆粒通過(guò)冶金結(jié)合構(gòu)成，通過(guò)鐵絡(luò)銷基合金材料顆粒粒徑選擇和顆粒級(jí)配，實(shí)現(xiàn)多孔合金材料孔隙率和孔徑大小的調(diào)整。
[0013]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔合金材料的制備方法，包括下述步驟:
[0014]第一步:制備含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊
[0015]根據(jù)設(shè)計(jì)的鐵鉻鋁基多孔合金材料中碳化硅、稀土的質(zhì)量配比，按同比例放大后的碳化硅、稀土的質(zhì)量比，分別稱取碳化硅粉、稀土，與鐵粉混合得到混合粉末，將混合粉末真空球磨混合均勻后，壓制成型，于1200-1300°C真空燒結(jié)1-3小時(shí)后，隨爐冷卻得到含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊；控制混合粉末中碳化硅粉和稀土的總質(zhì)量與鐵粉質(zhì)量比為1:1-2 ；
[0016]第一.步:制備含碳化娃、稀土的鐵絡(luò)銷基合金徒
[0017]根據(jù)第一步得到的含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊中稀土、碳化硅、鐵的質(zhì)量，按設(shè)計(jì)的鐵鉻鋁基多孔合金材料各組分配比，配置鋁錠、鉻粉及余量的鐵粉，氬氣保護(hù)氣氛下于2000-2200°C熔煉1-3小時(shí)后，隨爐冷卻得到含碳化硅、稀土的鐵鉻鋁基合金錠；
[0018]第三步:制備粒度在1-1OOum的鐵鉻鋁基合金粉
[0019]將第二步得到的鐵鉻鋁基合金錠破碎后真空球磨至粒度為1-1OOum的鐵鉻鋁基合金粉；
[0020]第四步:制備鐵鉻鋁基合金前驅(qū)體顆粒
[0021]取步驟三得到的鐵鉻鋁基合金粉，添加占所取鐵鉻鋁基合金粉質(zhì)量10-30%的成形劑并攪拌均勻，然后，造粒，于80-120°C干燥，得到鐵鉻鋁基合金前驅(qū)體顆粒；
[0022]第五步:配制含鐵鉻鋁基合金前驅(qū)體顆粒料漿
[0023]取成形劑、步驟三得到的鐵鉻鋁基合金粉、步驟四得到鐵鉻鋁基合金前驅(qū)體顆?；旌暇鶆?，得到含鐵鉻鋁基合金前驅(qū)體顆粒料漿；所述成形劑、步驟三得到的鐵鉻鋁基合金粉、步驟四得到鐵鉻鋁基合金前驅(qū)體顆粒按質(zhì)量比(30-50): (10-20): (30-50)配取；
[0024]第六步:澆鑄成型
[0025]將步驟五所得料漿澆鑄到模具中并振實(shí)，然后在80_120°C下烘干，得到鐵鉻鋁基多孔合金材料前驅(qū)體；
[0026]第七步:燒結(jié)
[0027]將步驟六得到的鐵鉻鋁基多孔合金材料前驅(qū)體于惰性氣氛或真空環(huán)境下，以1-30C /min升溫速率升至600-800°C保溫0.5-2小時(shí)后，以5_10°C /min升溫速率升至1200-1400°C，燒結(jié)0.5-2h，隨爐冷卻，得到鐵鉻鋁基多孔合金材料。
[0028]本發(fā)明一種鐵絡(luò)銷基多孔合金材料的制備方法，步驟四制備的鐵絡(luò)銷基合金如驅(qū)體顆粒為球形，粒徑為0.5-3.5_。
[0029]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔合金材料的制備方法，步驟四、步驟五所述成形劑由分散劑與粘結(jié)劑組成，且粘結(jié)劑占成形劑的質(zhì)量百分含量為5-50% ;所述粘結(jié)劑為聚乙酸乙酯、聚乙烯丁酯、聚乙烯乙醇、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥基丙基纖維素、聚丙烯酸酯或聚乙二醇中的一種；所述分散劑為去離子水、甲醇、乙醇、丙酮、正己烷中的一種。
[0030]本發(fā)明所具有的優(yōu)勢(shì):
[0031](I)通過(guò)碳化硅與稀土的摻入，起到了抑制高溫環(huán)境下晶粒長(zhǎng)大的作用，大大強(qiáng)化了鐵鉻鋁材料的高溫使用性能；
[0032](2)通過(guò)鐵鉻鋁前驅(qū)體顆粒的粒徑選擇和顆粒級(jí)配，可以獲得不同孔隙率和孔徑大小的多孔金屬材料；
[0033](3)通過(guò)控制制備鐵鉻鋁前驅(qū)體顆粒的鐵鉻鋁基合金粉的粒徑，可使顆粒中有豐富的微孔，這些微孔可在顆粒間大孔被堵時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行微粒的捕集，從而可達(dá)到延長(zhǎng)材料過(guò)濾壽命的目的；
[0034](4)在澆鑄成型過(guò)程中，通過(guò)成型模具的選擇，可以獲得不同大小和不同形狀的多孔合金材料，且材料主要依靠鐵鉻鋁前驅(qū)體顆粒之間在燒結(jié)過(guò)程中形成冶金結(jié)合，具有力學(xué)性能好，抗熱震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；
[0035](5)多孔材料主要為具有良好耐腐蝕和抗氧化性能的合金相顆粒，大大提升了材料的傳熱性能，為將該材料的應(yīng)用由過(guò)濾拓展到極端環(huán)境的傳熱等領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)；
[0036](5)制備工藝靈活簡(jiǎn)單，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0037]附圖1為發(fā)明實(shí)施例1制備鐵鉻鋁基多孔合金材料的宏觀形貌圖；
[0038]附圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備鐵鉻鋁基多孔合金材料表面微觀形貌圖；
[0039]附圖3a為本發(fā)明實(shí)施例1制備鐵鉻鋁基多孔合金材料顆粒連接處冷熱循環(huán)前的微觀形貌圖；
[0040]附圖3b為本發(fā)明實(shí)施例1制備鐵鉻鋁基多孔合金材料顆粒連接處冷熱循環(huán)后的微觀形貌圖；
[0041]附圖1、附圖2顯示，鐵鉻鋁基顆粒之間實(shí)現(xiàn)了緊密的冶金結(jié)合。
[0042]附圖3(a)與圖3(b)顯示，冷熱循環(huán)沒(méi)有破壞顆粒之間的結(jié)合狀態(tài)；并且發(fā)現(xiàn)，循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，表面物質(zhì)主要為氧化鋁，這也說(shuō)明該材料具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不受此限制。
[0044]實(shí)施例1
[0045]本實(shí)施例制備的鐵鉻鋁基多孔合金材料組分質(zhì)量百分比為:
[0046]鋁3.75%、鉻20.25%、碳化硅5 %、鑭鈰混合稀土