一种高强耐磨泡沫铁合金的制备方法

文档序号:10645594阅读:508来源:国知局
一种高强耐磨泡沫铁合金的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高强耐磨泡沫铁合金的制备方法,属于泡沫金属制备技术领域。本发明将铝粉、氧化铁、石灰石、聚四氟乙烯与正己烷混合后于胶体磨中研磨,待干燥后过筛收集混合粉末,然后将其与助燃剂氯酸钾,引燃剂镁粉搅拌出料,加入模具后用镁条引燃,引发模具内物料自发反应,形成高温环境,使石灰石分解产生气体,使材料发泡,经洗涤干燥后,在高温条件下,使氢气扩散至发泡材料内部还原其中的金属氧化物,冷却即得高强耐磨泡沫铁合金。实例证明,本发明制备工艺简便,制得的材料强度高,耐氧化、耐磨性能好,具有广泛应用前景。
【专利说明】
一种高强耐磨泡沬铁合金的制备方法
技术领域
[0001]本发明公开了一种高强耐磨泡沫铁合金的制备方法,属于泡沫金属制备技术领域。
【背景技术】
[0002]泡沫金属是一种物理功能与结构特性一体化的新型工程材料。80年代初国际上开始金属泡沫材料研制,金属泡沫材料具备质轻、隔音、过滤和阻燃特性,又有很强的吸震和电磁屏蔽作用,因此,广泛应用于国防工业。90年代起,泡沫金属推广应用于民用工业,例如,高水平的泡沫镍应用于电容和超级电容的制备。目前,我国泡沫金属研制和生产技术水平居于世界前列。
[0003]泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料。通过其独特的结构特点,泡沫金属拥有密度小、隔热性能好、隔音性能好以及能够吸收电磁波等一系列良好优点,是随着人类科技逐步发展起来的一类新型材料常用于航空航天、石油化工等一系列工业开发上。
[0004]泡沫金属的孔隙度常常达到90%以上,并且具有一定强度和刚度的多孔金属。这类金属孔隙度高,孔隙直径可达至毫米级。泡沫金属材料实际上是金属与气体的复合材料,正是由于这种特殊的结构,使之既有金属的特性又有气泡特性,如比重小、比表面大能量吸收性好、导热率低(闭孔体)、换热散热能力高(通孔体)、吸声性好(通孔体)、渗透性优(通孔体)、电磁波吸收性好(通孔体)、阻焰、耐热耐火、抗热震、气敏(一些多孔金属对某些气体十分敏感)、能再生、加工性好等。
[0005]泡沫金属的制备方法主要有粉末冶金法、金属沉积法、烧结法、熔融金属发泡法等。然而,现有技术制备的泡沫金属通常存在强度差,耐磨、耐氧化性能差的问题。

【发明内容】

[0006]本发明主要解决的技术问题:针对现有技术制备的泡沫金属通常存在强度差,耐磨、耐氧化性能差的问题,提供一种高强耐磨泡沫铁合金的制备方法,该方法将铝粉、氧化铁、石灰石、聚四氟乙烯与正己烷混合后于胶体磨中研磨,待干燥后过筛收集混合粉末,然后将其与助燃剂氯酸钾,引燃剂镁粉搅拌出料,加入模具后用镁条引燃,引发模具内物料自发反应,形成高温环境,使石灰石分解产生气体,使材料发泡,经洗涤干燥后,在高温条件下,使氢气扩散至发泡材料内部还原其中的金属氧化物,冷却即得高强耐磨泡沫铁合金。本发明制备工艺简便,制得的材料孔隙率达98%以上,通孔率达95%以上,具有强度高,耐氧化、耐磨性能好的特性,具有广泛应用前景。
[0007 ]为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
(I)依次称取100?120g铝粉,300?360g氧化铁,60?80g石灰石,10?15g聚四氟乙烯,加入盛有200?250mL正己烷的烧杯中,用玻璃棒搅拌混合6?8min,随后将烧杯中物料转入卧式胶体磨中,循环研磨2?3h,出料,将所得物料转入75?80°C真空干燥箱中,干燥处理3?5h,过筛,收集120?180目混合粉末; (2)将上述所得混合粉末投入混料机中,再加入10?15g氯酸钾,15?20g镁粉,启动混料机搅拌器,以350?400r/min转速搅拌混合20?25min,出料,将其加入预制石英模具中,控制填装高度为模具的40?48%,随后在物料表面插入一根长为6?8cm的镁条;
(3)以3?5mL/min速率向预制石英模具中通入压缩空气,点燃镁条,引发模具中物料反应,待反应结束,使其自然冷却至80?90 0C,趁热脱模,将所得块状发泡材料浸入冰水中,浸泡2?4h,取出,用去离子水冲洗块状发泡材料,直至洗涤液中无碎渣为止,随后将块状发泡材料转入105?110°C烘箱中,干燥至恒重;
(4)将上述所得干燥后的块状发泡材料转入马弗炉,以2?4mL/min速率向马弗炉内通入氩气,直至置换出所有的空气为止,开启马弗炉加热器,升温至460?500°C,保温45?60min,随后以I?2mL/min速率向马弗炉内通入氢气,并以5?7°C/min速率逐步升温至580?600°C,保温反应I?2h,停止加热,在氢气保护状态下,随炉冷却至室温,出料,即得高强耐磨泡沫铁合金。
[0008]本发明的应用方法是:将本发明制得的泡沫铁合金材料切割成厚度为50?80mm板材,再利用有机胶黏剂将其覆盖在飞机场及火车道旁的隔音板上,经检测,所得隔音板露天放置使用8?10年后,未发生明显氧化腐蚀,隔音效果未出现明显的衰减现象。
[0009]本发明的有益效果是:
(1)本发明制得的泡沫铁合金材料空隙均匀,通孔率高,强度得到较大提升;
(2)本发明制得的泡沫铁合金材料耐磨、耐氧化性好,具有很强的隔音、抗震和电磁屏蔽作用。
【具体实施方式】
[0010]首先依次称取100?120g铝粉,300?360g氧化铁,60?80g石灰石,10?15g聚四氟乙烯,加入盛有200?250mL正己烷的烧杯中,用玻璃棒搅拌混合6?8min,随后将烧杯中物料转入卧式胶体磨中,循环研磨2?3h,出料,将所得物料转入75?80°C真空干燥箱中,干燥处理3?5h,过筛,收集120?180目混合粉末;
然后将上述所得混合粉末投入混料机中,再加入10?15g氯酸钾,15?20g镁粉,启动混料机搅拌器,以350?400r/min转速搅拌混合20?25min,出料,将其加入预制石英模具中,控制填装高度为模具的40?48%,随后在物料表面插入一根长为6?8cm的镁条;再以3?5mL/min速率向预制石英模具中通入压缩空气,点燃镁条,引发模具中物料反应,待反应结束,使其自然冷却至80?90°C,趁热脱模,将所得块状发泡材料浸入冰水中,浸泡2?4h,取出,用去离子水冲洗块状发泡材料,直至洗涤液中无碎渣为止,随后将块状发泡材料转入105?110Γ烘箱中,干燥至恒重;最后将上述所得干燥后的块状发泡材料转入马弗炉,以2?4mL/min速率向马弗炉内通入氩气,直至置换出所有的空气为止,开启马弗炉加热器,升温至460?500°C,保温45?60min,随后以I?2mL/min速率向马弗炉内通入氢气,并以5?7°C/min速率逐步升温至580?600°C,保温反应I?2h,停止加热,在氢气保护状态下,随炉冷却至室温,出料,即得高强耐磨泡沫铁合金。
[0011]实例I
首先依次称取10g铝粉,300g氧化铁,60g石灰石,1g聚四氟乙烯,加入盛有200mL正己烷的烧杯中,用玻璃棒搅拌混合6min,随后将烧杯中物料转入卧式胶体磨中,循环研磨2h,出料,将所得物料转入75 °C真空干燥箱中,干燥处理3h,过筛,收集120目混合粉末;然后将上述所得混合粉末投入混料机中,再加入1g氯酸钾,15g镁粉,启动混料机搅拌器,以350r/min转速搅拌混合20min,出料,将其加入预制石英模具中,控制填装高度为模具的40%,随后在物料表面插入一根长为6cm的镁条;再以3mL/min速率向预制石英模具中通入压缩空气,点燃镁条,引发模具中物料反应,待反应结束,使其自然冷却至80°C,趁热脱模,将所得块状发泡材料浸入冰水中,浸泡2h,取出,用去离子水冲洗块状发泡材料,直至洗涤液中无碎渣为止,随后将块状发泡材料转入105°C烘箱中,干燥至恒重;最后将上述所得干燥后的块状发泡材料转入马弗炉,以2mL/min速率向马弗炉内通入氩气,直至置换出所有的空气为止,开启马弗炉加热器,升温至4600C,保温45min,随后以lmL/min速率向马弗炉内通入氢气,并以5°C/min速率逐步升温至580°C,保温反应lh,停止加热,在氢气保护状态下,随炉冷却至室温,出料,即得高强耐磨泡沫铁合金。
[0012]将本发明制得的泡沫铁合金材料切割成厚度为50mm板材,再利用有机胶黏剂将其覆盖在飞机场及火车道旁的隔音板上,经检测,所得隔音板露天放置使用8年后,未发生明显氧化腐蚀,隔音效果未出现明显的衰减现象。
[0013]实例2
首先依次称取I 1g铝粉,330g氧化铁,70g石灰石,13g聚四氟乙烯,加入盛有225mL正己烷的烧杯中,用玻璃棒搅拌混合7min,随后将烧杯中物料转入卧式胶体磨中,循环研磨
2.5h,出料,将所得物料转入78°C真空干燥箱中,干燥处理4h,过筛,收集150目混合粉末;然后将上述所得混合粉末投入混料机中,再加入13g氯酸钾,18g镁粉,启动混料机搅拌器,以375r/min转速搅拌混合23min,出料,将其加入预制石英模具中,控制填装高度为模具的44%,随后在物料表面插入一根长为7cm的镁条;再以4mL/min速率向预制石英模具中通入压缩空气,点燃镁条,引发模具中物料反应,待反应结束,使其自然冷却至85°C,趁热脱模,将所得块状发泡材料浸入冰水中,浸泡3h,取出,用去离子水冲洗块状发泡材料,直至洗涤液中无碎渣为止,随后将块状发泡材料转入108°C烘箱中,干燥至恒重;最后将上述所得干燥后的块状发泡材料转入马弗炉,以3mL/min速率向马弗炉内通入氩气,直至置换出所有的空气为止,开启马弗炉加热器,升温至480°C,保温53min,随后以1.5mL/min速率向马弗炉内通入氢气,并以6 °C/min速率逐步升温至590 V,保温反应1.5h,停止加热,在氢气保护状态下,随炉冷却至室温,出料,即得高强耐磨泡沫铁合金。
[0014]将本发明制得的泡沫铁合金材料切割成厚度为60mm板材,再利用有机胶黏剂将其覆盖在飞机场及火车道旁的隔音板上,经检测,所得隔音板露天放置使用9年后,未发生明显氧化腐蚀,隔音效果未出现明显的衰减现象。
[0015]实例3
首先依次称取120g铝粉,360g氧化铁,80g石灰石,15g聚四氟乙烯,加入盛有250mL正己烷的烧杯中,用玻璃棒搅拌混合8min,随后将烧杯中物料转入卧式胶体磨中,循环研磨3h,出料,将所得物料转入80 °C真空干燥箱中,干燥处理5h,过筛,收集180目混合粉末;
然后将上述所得混合粉末投入混料机中,再加入15g氯酸钾,20g镁粉,启动混料机搅拌器,以400r/min转速搅拌混合25min,出料,将其加入预制石英模具中,控制填装高度为模具的48%,随后在物料表面插入一根长为8cm的镁条;再以5mL/min速率向预制石英模具中通入压缩空气,点燃镁条,引发模具中物料反应,待反应结束,使其自然冷却至90°C,趁热脱模,将所得块状发泡材料浸入冰水中,浸泡4h,取出,用去离子水冲洗块状发泡材料,直至洗涤液中无碎渣为止,随后将块状发泡材料转入110°C烘箱中,干燥至恒重;最后将上述所得干燥后的块状发泡材料转入马弗炉,以4mL/min速率向马弗炉内通入氩气,直至置换出所有的空气为止,开启马弗炉加热器,升温至500°C,保温60min,随后以2mL/min速率向马弗炉内通入氢气,并以7°C/min速率逐步升温至600 V,保温反应2h,停止加热,在氢气保护状态下,随炉冷却至室温,出料,即得高强耐磨泡沫铁合金。
[0016]将本发明制得的泡沫铁合金材料切割成厚度为80mm板材,再利用有机胶黏剂将其覆盖在飞机场及火车道旁的隔音板上,经检测,所得隔音板露天放置使用10年后,未发生明显氧化腐蚀,隔音效果未出现明显的衰减现象。
【主权项】
1.一种高强耐磨泡沫铁合金的制备方法,其特征在于具体制备步骤为: (1)依次称取100?120g铝粉,300?360g氧化铁,60?80g石灰石,10?15g聚四氟乙烯,加入盛有200?250mL正己烷的烧杯中,用玻璃棒搅拌混合6?8min,随后将烧杯中物料转入卧式胶体磨中,循环研磨2?3h,出料,将所得物料转入75?80°C真空干燥箱中,干燥处理3?5h,过筛,收集120?180目混合粉末; (2)将上述所得混合粉末投入混料机中,再加入10?15g氯酸钾,15?20g镁粉,启动混料机搅拌器,以350?400r/min转速搅拌混合20?25min,出料,将其加入预制石英模具中,控制填装高度为模具的40?48%,随后在物料表面插入一根长为6?8cm的镁条; (3)以3?5mL/min速率向预制石英模具中通入压缩空气,点燃镁条,引发模具中物料反应,待反应结束,使其自然冷却至80?90 0C,趁热脱模,将所得块状发泡材料浸入冰水中,浸泡2?4h,取出,用去离子水冲洗块状发泡材料,直至洗涤液中无碎渣为止,随后将块状发泡材料转入105?110°C烘箱中,干燥至恒重; (4)将上述所得干燥后的块状发泡材料转入马弗炉,以2?4mL/min速率向马弗炉内通入氩气,直至置换出所有的空气为止,开启马弗炉加热器,升温至460?500°C,保温45?60min,随后以I?2mL/min速率向马弗炉内通入氢气,并以5?7°C/min速率逐步升温至580?600°C,保温反应I?2h,停止加热,在氢气保护状态下,随炉冷却至室温,出料,即得高强耐磨泡沫铁合金。
【文档编号】C22C33/04GK106011596SQ201610547472
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】吴迪, 许博伟, 薛蕾
【申请人】吴迪
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