一种泡沫钢的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种泡沫钢的制备方法，属于金属多孔材料制备领域。将钢合金粉和造孔剂按照体积比1～4∶9～6混合均匀，然后放入模具中压实制块，脱模后干燥，再将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以10～20℃/min的速率升温至800～850℃预烧1～2小时，继续将条件温度升至1000～1200℃保温3～5小时，在高温烧结中，合金粉烧结结合，而造孔剂分解挥发去除，烧结完成后随炉冷却至室温，取出即可得到泡沫钢。该技术工艺流程短、设备要求低，可以制备孔径和孔隙率可控的泡沫钢，适宜制备各种孔尺寸和孔隙率要求的块状泡沫钢，可用于作为减震吸能材料和过滤材料。
【专利说明】一种泡沬钢的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种泡沫钢的制备方法，属于金属多孔材料制备领域。
【背景技术】
[0002]泡沫钢是金属多孔材料研究领域中最新开发的一种新型结构功能材料。相对于目前研究最为广泛的泡沫铝等低熔点泡沫金属来说，泡沫钢具有更突出的优点，比如:高强度、低成本、高熔点及可与钢结构共容等，尤其是泡沫钢具有比泡沫铝高很多的抗压强度、抗冲击性、减震吸能性及耐高温性等优点，因而在汽车制造业、船舶制造业、航空航天业、高层建筑业、冶金化工业、桥梁及交通运输业等有着广阔的应用前景。
[0003]目前公开报道的泡沫钢的制备方法主要有熔体金属发泡法、空心球烧结法、烧结溶解法、渗流法、在泡沫塑料基体上沉积和涂覆金属后烧结的方法。熔体金属发泡法很难控制孔的结构均匀性，尤其对于高熔点的金属很难获得高孔隙率，且只适用于制备闭孔材料；空心球烧结法存在空心球制备困难、工艺复杂、成本高等不足；烧结溶解法很难完全去除造孔剂，残留的造孔剂对泡沫基体有一定腐蚀作用；渗流法是以高熔点的陶瓷体为先驱体，在压力作用下将金属液体深入，随后去除先驱体的方法，该方法工艺流程长、先驱体难以完全去除的问题。泡沫塑料基体上沉积和涂覆金属后烧结的方法存在塑料的燃烧去除有毒、对环境造成污染的问题。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术的不足，本发明提供一种泡沫钢的制备方法，工艺简单、成本低
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[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:将金属粉末与造孔剂按比例混合均匀，放入钢模套中压制成块，采用二步烧结法获得钢泡沫材料。具体制备步骤包括:
(1)将钢合金粉和造孔剂按照体积比I~4:9~6混合均匀；
(2)将混合均匀的粉末放入模具中压实制块，脱模后干燥；
(3)将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以10~20°C/min的速率升温至800~850°C预烧I~2小时；
(4)继续将步骤(3)的条件温度升至1000~1200°C保温3~5小时，在高温烧结中，合金粉烧结结合，而造孔剂分解挥发去除，烧结完成后随炉冷却至室温，取出即可得到泡沫钢；
所述钢合金粉的纯度为99.9%，粒度在200~400目。
[0006]所述造孔剂为不规则形状和球形碳酸钾，其中不规则形状碳酸钾，粒径为50~100 μ m ;球形碳酸钾的粒径为I~5mm。
[0007]所述步骤(1)将料放入V型混料机中混合2-3小时，混料时在粉末中加入浓度为99wt%的乙醇，乙醇与混合料的重量比为I~5:99~95。
[0008]所述步骤(2)中压制采用的压力为500~700MPa，压制时间10~20min，压制模具为钢模。
[0009]本发明的原理:采用粉末冶金技术，通过在合金粉中添加造孔剂，压坯烧结使合金粉冶金结合后，去除造孔剂获得泡沫钢。
[0010]本发明的优点和积极效果:该技术工艺流程短、设备要求低，可以制备孔径和孔隙率可控的泡沫钢，适宜制备各种孔尺寸和孔隙率要求的块状泡沫钢，可用于作为减震吸能材料和过滤材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明实施方式中制备的不同孔隙率泡沫钢的力学性能示意图。
[0012]图2是本发明实施方式中制备的不同孔型泡沫钢的力学性能示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0014]实施方式一:如图1所示，本实施方式的泡沫钢的制备方法为:
(I)将粒度为200目、纯度99.9%的Fe-Cr合金粉和粒径为3mm的球形碳酸钾造孔剂按照体积比1:4放入V型混料机混合2小时；混料时在粉末中加入浓度为99wt%的乙醇，乙醇与混合料的液固重量比为1:99。
[0015](2)将混合均匀 的粉末放入模具中压实制块，脱模后干燥；压制采用的压力为700MPa，压制时间lOmin，压制模具为钢模。
[0016](3)将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以10°C /min的速率升温至800°C预烧2小时；
(4)继续将步骤(3)的条件温度升至1200°C保温3小时，烧结完成后随炉冷却至室温，即可得孔隙率为83%~85%泡沫钢；
实施方式二:如图1所示，本实施方式的泡沫钢的制备方法为:
(I)将粒度为300目、纯度99.9%的Fe-Cr合金粉和粒径为3mm的球形碳酸钾造孔剂按照体积比1:3放入V型混料机混合2.5小时；混料时在粉末中加入浓度为99wt%的乙醇，乙醇与混合料的液固重量比为2:98。
[0017](2)将混合均匀的粉末放入模具中压实制块，脱模后干燥；压制采用的压力为600MPa，压制时间15min，压制模具为钢模。
[0018](3)将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以15°C /min的速率升温至830°C预烧1.5小时；
(4)继续将步骤(3)的条件温度升至1100°C保温4小时，烧结完成后随炉冷却至室温，即可得到孔隙率为78%~80%泡沫钢；
实施方式三:如图1所示，本实施方式的泡沫钢的制备方法为:
(I)将粒度为400目、纯度99.9%的Fe-Cr合金粉和粒径为3mm的球形碳酸钾造孔剂按照体积比1:2放入V型混料机混合3小时；混料时在粉末中加入浓度为99wt%的乙醇，乙醇与混合料的液固重量比为3:97。
[0019](2)将混合均匀的粉末放入模具中压实制块，脱模后干燥；压制采用的压力为500MPa，压制时间20min，压制模具为钢模。[0020](3)将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以20°C /min的速率升温至850°C预烧I小时；
(4)继续将步骤(3)的条件温度升至KKKTC保温5小时，烧结完成后随炉冷却至室温，即可得到孔隙率为70%~72%泡沫钢；
实施方式四:如图2所示，本实施方式的泡沫钢的制备方法为:
(I)将粒度为400目、纯度99.9%的Fe-Cr-Ni合金粉和粒径为l_3mm的球形碳酸钾造孔剂按照体积比1:3放入V型混料机混合3小时；混料时在粉末中加入浓度为99wt%的乙醇，乙醇与混合料的重量比为1:99。
[0021](2)将混合均匀的粉末放入模具中压实制块，脱模后干燥；压制采用的压力为600MPa，压制时间15min，压制模具为钢模。
[0022](3)将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以15°C /min的速率升温至800°C预烧2小时；
(4)继续将步骤(3)的条件温度升至1200°C保温3小时，烧结完成后随炉冷却至室温，即可得到孔径为1.5-2.8mm、孔隙率为78%~80%泡沫钢；
实施方式五:如图2所示，本实施方式的泡沫钢的制备方法为:
Cl)将粒度为400目、纯度99.9%的Fe-Cr-Ni合金粉和粒径为50-100 _的不规则形状碳酸钾造孔剂按照体积比 1:3放入V型混料机混合3小时；混料时在粉末中加入浓度为99wt%的乙醇，乙醇与混合料的重量比为3:970
[0023](2)将混合均匀的粉末放入模具中压实制块，脱模后干燥；压制采用的压力为650MPa，压制时间15min，压制模具为钢模。
[0024](3)将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以15°C /min的速率升温至800°C预烧1.5小时；
(4)继续将步骤(3)的条件温度升至1200°C保温3小时，烧结完成后随炉冷却至室温，即可得到孔型不规则、孔隙率为78%~80%泡沫钢；
以上结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种泡沫钢的制备方法，其特征在于具体步骤包括: (1)将钢合金粉和造孔剂按照体积比I~4:9~6混合均匀； (2)将混合均匀的粉末放入模具中压实制块，脱模后干燥； (3)将干燥后的块料预烧，预烧的条件是以10~20°C/min的速率升温至800~850°C预烧I~2小时； (4)继续将步骤(3)的条件温度升至10 00~1200°C保温3~5小时，烧结完成后随炉冷却至室温，即可得到泡沫钢。
2.根据权利要求1所述的泡沫钢的制备方法，其特征在于:所述钢合金粉的纯度为99.9%,粒度为200~400目。
3.根据权利要求1所述的泡沫钢的制备方法，其特征在于:所述造孔剂为不规则形状和球形碳酸钾，其中不规则形状碳酸钾粒径为50~100 μ m ;球形碳酸钾的粒径为I~5mm。
4.根据权利要求1所述的泡沫钢的制备方法，其特征在于:所述步骤(1)将料放入V型混料机中混合2-3小时，混料时在粉末中加入浓度为99wt%的乙醇，乙醇与混合料的重量比为I~3:99~97。
5.根据权利要求1所述的泡沫钢的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中压制采用的压力为500~700MPa，压制时间10~20min，压制模具为钢模。
【文档编号】C22C33/02GK104004954SQ201410181538
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】周芸, 钟浩, 左孝青 申请人:昆明理工大学