一种铁铬铝基多孔合金材料及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铁铬铝基多孔合金材料及制备方法，特别适应于对粉尘或高温流体起过滤作用、且高温强度优良，属于多孔合金材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]多孔金属独特的孔结构特征，使得其具备了过滤、吸声、隔声、散热、阻燃、减震等多种物理性能，因此，它们在航天、航空、运输、电子、军工、化工、环保、能源、机械、生物等各个高科技领域都有广泛的应用前景。然而，目前国内外在高熔点多孔金属这一块的研宄还不是很多，而且主要集中在以铁和不锈钢等材料作为基体研宄。但铁和不锈钢多孔金属的耐腐蚀与抗氧化性能有一定程度的缺陷，不能适应某些特定的工作环境的要求，因此，选择性能更优异的材料为基体来制备多孔金属就显得意义十分重大。
[0003]铁铬铝合金是一类铁素体合金，因为能在高温环境下表面生成一层与基体结合紧密的致密氧化铝保护膜，使其具有耐腐蚀、抗氧化、抗渗碳以及耐磨等优点，从而在高温粉尘或高温流体过滤及催化载体等方面应用前景很大。目前国内外也开展了一些采用铁铬铝合金为基体来制备多孔金属材料的研宄，如:专利CN102286669A首先在聚氨酯海绵等多孔体上喷涂铬粉和铝粉，经过导电胶浸涂、加温固化等工序后进行电沉积铁而得到铁铬铝多孔材料；专利CNlOl 172257A制备泡沫铁铬铝是以泡沫形状金属(铁、镍、铜及其合金等)为基材，在基材的多孔表面进行火焰喷涂铁铬铝而得到。这些方法尽管可制备出铁铬铝多孔金属材料，但存在工艺复杂、原料成本高等问题；另一方面现有铁铬铝材料在高温下使用后，由于晶粒长大使其变得易脆，从而影响了这类材料在高温环境下的使用寿命。
[0004]针对铁络销在尚温环境下易脆以及现有铁络销基多孔材料制备制备成本尚等冋题，本发明人经反复研宄，发明了一种新的铁铬铝基多孔材料制备方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术之不足而提高一种耐急冷急热性能好、抗高温腐蚀性能优良、过滤性好、强度高的铁铬铝基多孔合金材料及制备方法。
[0006]本发明一种铁铬铝基多孔合金材料，包括下述组分，按质量百分比组成:
[0007]铝3-7，
[0008]铬15-25，
[0009]碳化硅2-10，
[0010]稀土0.03-0.5，余量为铁。
[0011]本发明一种铁铬铝基多孔合金材料，所述稀土为镧铈混合稀土或稀土钇，镧铈混合稀土中各组分的质量按任意比例配置。
[0012]本发明一种铁铬铝基多孔合金材料，所述多孔合金材料由直径为0.5-3.5mm的铁络销基合金材料颗粒通过冶金结合构成，通过铁络销基合金材料颗粒粒径选择和颗粒级配，实现多孔合金材料孔隙率和孔径大小的调整。
[0013]本发明一种铁铬铝基多孔合金材料的制备方法，包括下述步骤:
[0014]第一步:制备含稀土的铁-碳化硅烧结块
[0015]根据设计的铁铬铝基多孔合金材料中碳化硅、稀土的质量配比，按同比例放大后的碳化硅、稀土的质量比，分别称取碳化硅粉、稀土，与铁粉混合得到混合粉末，将混合粉末真空球磨混合均匀后，压制成型，于1200-1300°C真空烧结1-3小时后，随炉冷却得到含稀土的铁-碳化硅烧结块；控制混合粉末中碳化硅粉和稀土的总质量与铁粉质量比为1:1-2 ；
[0016]第一.步:制备含碳化娃、稀土的铁络销基合金徒
[0017]根据第一步得到的含稀土的铁-碳化硅烧结块中稀土、碳化硅、铁的质量，按设计的铁铬铝基多孔合金材料各组分配比，配置铝锭、铬粉及余量的铁粉，氩气保护气氛下于2000-2200°C熔炼1-3小时后，随炉冷却得到含碳化硅、稀土的铁铬铝基合金锭；
[0018]第三步:制备粒度在1-1OOum的铁铬铝基合金粉
[0019]将第二步得到的铁铬铝基合金锭破碎后真空球磨至粒度为1-1OOum的铁铬铝基合金粉；
[0020]第四步:制备铁铬铝基合金前驱体颗粒
[0021]取步骤三得到的铁铬铝基合金粉，添加占所取铁铬铝基合金粉质量10-30%的成形剂并搅拌均匀，然后，造粒，于80-120°C干燥，得到铁铬铝基合金前驱体颗粒；
[0022]第五步:配制含铁铬铝基合金前驱体颗粒料浆
[0023]取成形剂、步骤三得到的铁铬铝基合金粉、步骤四得到铁铬铝基合金前驱体颗粒混合均匀，得到含铁铬铝基合金前驱体颗粒料浆；所述成形剂、步骤三得到的铁铬铝基合金粉、步骤四得到铁铬铝基合金前驱体颗粒按质量比(30-50): (10-20): (30-50)配取；
[0024]第六步:浇铸成型
[0025]将步骤五所得料浆浇铸到模具中并振实，然后在80_120°C下烘干，得到铁铬铝基多孔合金材料前驱体；
[0026]第七步:烧结
[0027]将步骤六得到的铁铬铝基多孔合金材料前驱体于惰性气氛或真空环境下，以1-30C /min升温速率升至600-800°C保温0.5-2小时后，以5_10°C /min升温速率升至1200-1400°C，烧结0.5-2h，随炉冷却，得到铁铬铝基多孔合金材料。
[0028]本发明一种铁络销基多孔合金材料的制备方法，步骤四制备的铁络销基合金如驱体颗粒为球形，粒径为0.5-3.5_。
[0029]本发明一种铁铬铝基多孔合金材料的制备方法，步骤四、步骤五所述成形剂由分散剂与粘结剂组成，且粘结剂占成形剂的质量百分含量为5-50% ;所述粘结剂为聚乙酸乙酯、聚乙烯丁酯、聚乙烯乙醇、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟基丙基纤维素、聚丙烯酸酯或聚乙二醇中的一种；所述分散剂为去离子水、甲醇、乙醇、丙酮、正己烷中的一种。
[0030]本发明所具有的优势:
[0031](I)通过碳化硅与稀土的掺入，起到了抑制高温环境下晶粒长大的作用，大大强化了铁铬铝材料的高温使用性能；
[0032](2)通过铁铬铝前驱体颗粒的粒径选择和颗粒级配，可以获得不同孔隙率和孔径大小的多孔金属材料；
[0033](3)通过控制制备铁铬铝前驱体颗粒的铁铬铝基合金粉的粒径，可使颗粒中有丰富的微孔，这些微孔可在颗粒间大孔被堵时，继续进行微粒的捕集，从而可达到延长材料过滤寿命的目的；
[0034](4)在浇铸成型过程中，通过成型模具的选择，可以获得不同大小和不同形状的多孔合金材料，且材料主要依靠铁铬铝前驱体颗粒之间在烧结过程中形成冶金结合，具有力学性能好，抗热震能力强等优点；
[0035](5)多孔材料主要为具有良好耐腐蚀和抗氧化性能的合金相颗粒，大大提升了材料的传热性能，为将该材料的应用由过滤拓展到极端环境的传热等领域奠定了基础；
[0036](5)制备工艺灵活简单，成本低，适合工业化生产。
【附图说明】
[0037]附图1为发明实施例1制备铁铬铝基多孔合金材料的宏观形貌图；
[0038]附图2为本发明实施例1制备铁铬铝基多孔合金材料表面微观形貌图；
[0039]附图3a为本发明实施例1制备铁铬铝基多孔合金材料颗粒连接处冷热循环前的微观形貌图；
[0040]附图3b为本发明实施例1制备铁铬铝基多孔合金材料颗粒连接处冷热循环后的微观形貌图；
[0041]附图1、附图2显示，铁铬铝基颗粒之间实现了紧密的冶金结合。
[0042]附图3(a)与图3(b)显示，冷热循环没有破坏颗粒之间的结合状态；并且发现，循环实验后，表面物质主要为氧化铝，这也说明该材料具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能。
【具体实施方式】
[0043]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不受此限制。
[0044]实施例1
[0045]本实施例制备的铁铬铝基多孔合金材料组分质量百分比为:
[0046]铝3.75%、铬20.25%、碳化硅5 %、镧铈混合稀土