一种铁基金属空心球的制备方法

本发明属于多孔金属材料，具体涉及一种铁基金属空心球的制备方法。

背景技术：

1、由于传统泡沫金属及其轻质构件存在孔隙分布不均匀、宏观孔缺陷，导致样品的性能可重复性和合格率较低。空心球复合泡沫金属材料是一种新型多功能轻质复合材料，其孔隙分布灵活可控、力学性能优异且稳定的优点成为现有多孔金属的研究热点。

2、金属空心球在空心球复合泡沫金属的制备中扮演着重要角色，孔壁厚均匀、颗粒尺寸可控的空心球颗粒是复合泡沫金属材料具备优异性能的关键。金属与孔隙均匀/梯度的空心球颗粒通过烧结/铸造手段形成复合泡沫金属材料，其具灵活可控的孔隙、缺陷少以及高比强度/刚度、抗冲击性能、隔热等性能，在汽车工业、航空航天、军工领域具有广阔的应用前景。

3、目前金属空心球的制备方法主要有熔体雾化法、增材制造法和机械冲压焊接法等。熔体雾化法制得的空心球的尺寸较小，工艺较难控制，成品率低；增材制造法可以获得孔隙、壁厚灵活可控的金属空心球，但生产周期长成本高且不宜量产；机械冲压焊接法主要制备大尺寸的金属空心球，且工艺复杂。上述方法在空心球尺寸控制、成品率以及规模生产等方面具有局限性，无法满足复合泡沫金属的工业应用要求，导致空心球复合泡沫金属的相关研究和应用较少。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种铁基金属空心球的制备方法

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种铁基金属空心球的制备方法，以无水乙醇作为粘结剂，通过机械混合的方式在无水氯化钙表面包覆不锈钢粉得到复合颗粒，然后依次干燥、烧结、超声得到铁基金属空心球；所述烧结包括以下步骤：首先在750℃下保温60～120min，使金属颗粒发生预结合，保证空心球具有一定强度；然后在800℃下保温30～120min，使成孔模板尽可能流出；最后升温至1100℃～1200℃保温120～180min。

4、无水氯化钙高温熔化后易于从金属壳体中流出，对基体影响较小，其参与制备的泡沫钢的力学性能优异；另外，无水氯化钙极易溶于水且不溶于乙醇，因此可以将无水乙醇作为金属粉包覆无水氯化钙的粘结剂，为低成本高性能铁基金属空心球的制备提供有利条件。

5、作为本发明的优选实施方案，将不锈钢粉和无水氯化钙混合，然后加入无水乙醇，通过机械混合的方式得到不锈钢粉包覆无水氯化钙的复合颗粒。

6、作为本发明的优选实施方案，所述无水氯化钙为球形颗粒，熔点为782℃。

7、作为本发明的优选实施方案，所述乙醇的质量为不锈钢粉质量的3％～5％。

8、作为本发明的优选实施方案，将不锈钢粉包覆无水氯化钙的复合颗粒在40℃～80℃下干燥60～120min，除去乙醇。

9、作为本发明的优选实施方案，所述烧结的升温速率小于5℃/min，烧结在氩气下进行。

10、作为本发明的优选实施方案，所述不锈钢粉为气雾化200、300、或400系列的不锈钢粉。

11、作为本发明的优选实施方案，所述不锈钢粉与无水氯化钙的体积分数比为5-3:5-7，通过调控不锈钢粉与无水氯化钙的配料比及无水氯化钙尺寸调控空心球的壁厚和尺寸。

12、作为本发明的优选实施方案，所述烧结使用的坩埚包括自下而上依次叠层设置的第一层坩埚、第二层坩埚、第三层坩埚，多层坩埚设置可以提高产出率；三层坩埚中分别放置孔板，干燥后的复合颗粒均匀铺放在每一层孔板上，避免了高温烧结颗粒之间的粘接和无水氯化钙流出对空心球的二次污染；三层坩埚尺寸相同，且上层坩埚的底部内径与下层坩埚的顶部外径相匹配，保证了每个坩埚腔体的密封性，减少颗粒的氧化程度。三层坩埚尺寸相同，层层叠放，每一层坩埚具有独立腔体。

13、作为本发明的优选实施方案，所述孔板的外径与坩埚的内径贴合。

14、作为本发明的优选实施方案，所述烧结使用的坩埚还包括坩埚盖，叠放在第三层坩埚上方，坩埚盖与第三层坩埚尺寸相匹配。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明以不锈钢粉、无水氯化钙、无水乙醇为原料，经过混料-干燥-烧结-清洗等过程，制备铁基金属空心球球形颗粒，所述制备方法具有工艺可控、成品率高、成本低、可量产等优点，为其制备空心球复合泡沫金属提供先决条件，也为复合泡沫金属的开发和工业应用提供了技术支持。另外，本发明所制备的铁基金属空心球的孔隙尺寸、壁厚以及颗粒尺寸均能灵活控制，且金属空心球的表面致密度高、球形度好、强度较高。

技术特征：

1.一种铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，以无水乙醇作为粘结剂，通过机械混合的方式在无水氯化钙表面包覆不锈钢粉得到复合颗粒，然后依次干燥、烧结、超声得到铁基金属空心球；所述烧结包括以下步骤：首先将干燥后的复合颗粒在750℃保温60～120min；然后在800℃保温30～120min；最后升温至1100℃～1200℃保温120～180min。

2.如权利要求1所述铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，将不锈钢粉和无水氯化钙混合，然后加入乙醇，得到不锈钢粉包覆无水氯化钙的复合颗粒。

3.如权利要求1所述铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，所述无水氯化钙为球形颗粒，熔点为782℃。

4.如权利要求1所述铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，所述乙醇的质量为不锈钢粉质量的3％～5％。

5.如权利要求1所述铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，将复合颗粒在40℃～80℃干燥60～120min。

6.如权利要求1所述铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，所述烧结的升温速率小于5℃/min，烧结在氩气下进行。

7.如权利要求1所述铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，所述不锈钢粉为气雾化的200、300、或400系列不锈钢粉。

8.如权利要求1所述铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，所述不锈钢粉与无水氯化钙的体积分数比为5-3:5-7。

9.如权利要求1所述铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，所述烧结使用的坩埚包括自下而上依次叠层设置的第一层坩埚、第二层坩埚、第三层坩埚；三层坩埚中分别放置孔板，干燥后的复合颗粒均匀铺放在每一层孔板上；三层坩埚尺寸相同，每一层坩埚具有独立腔体。

10.如权利要求1所述铁基金属空心球的制备方法，其特征在于，所述烧结使用的坩埚还包括坩埚盖，叠放在第三层坩埚上方，坩埚盖与第三层坩埚尺寸相匹配，实现坩埚密封。

技术总结
本发明公开一种铁基金属空心球的制备方法，属于多孔金属材料技术领域。本发明以无水乙醇作为粘结剂，通过机械混合的方式在无水氯化钙球形颗粒表面包覆不锈钢粉得到复合颗粒，然后依次干燥、烧结、超声清洗得到铁基金属空心球；所述烧结包括以下步骤：首先将干燥后的复合颗粒在750℃保温60～120min；然后在800℃保温30～120min；最后升温至1100℃～1200℃保温120～180min。本发明所述制备方法具有工艺可控、成品率高、成本低、可量产等优点。另外，本发明所制备的铁基金属空心球的孔隙尺寸、壁厚以及颗粒尺寸均能灵活控制，且金属空心球的表面致密度高、球形度好、强度较高。

技术研发人员：周芸,梁继超,左孝青
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25