CN101684528A - 一种制备铁铝合金多孔材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备铁铝合金多孔材料的方法。该方法直接用于生产以铁铝金属间化合物为基础的多孔材料，或过滤元件。本发明所述的方法采用含铁铝成分的粉末，按设计的重量组分比混合，采用模压成形制备制成片状或成形坯，压力控制在50～300MPa，或采用冷等静压制备管状型坯，等静压力控制在50～200MPa；采用无压烧结工艺，950～1250℃，烧结气氛为氢气或分解氨、或者采用真空烧结，关键的改进在于上述的含铁铝成分的粉末包括粒径为300～1μm的Fe粉和粒径为300～1μm的FexAly粉，其重量百分比为76.6－3.5％Fe和23.4～96.2％FexAly。

Description

一种制备铁铝合金多孔材料的方法
技术领域
本方法涉及借助粉末冶金技术制备铁铝合金多孔材料的方法。是对现有技术的改进。
技术背景
制备铁铝合金多孔材料的方法是目前倍受人关注的课题。特别是随着目前高速发展的现代化工业，带来的能源浪费和环境污染越来越严重。大量的含尘高温气体，煤气、燃气、烟气，已经形成对人类生存的威胁。高污染产业，钢铁、热电、各色炉窑，形成主要的污染源。治理污染的净化过滤和除尘工艺或系统中所用传统工艺和设备，受到材料特性的限制已经完全不能适应节能降耗的形势要求。解决高性能的多孔材料早已经引起科学界的重视。铁铝基金属间化合物微孔过滤材料的研究已经成为关注的研究对象。FeAI基金属间化合物由于其良好的耐热性、优良的机械性能和优异的高温抗氧化和抗硫腐蚀性能近年来受到了世界各国材料研究工作者更多的关注和应用研究。特别是对高温含尘直接净化除尘不但可以节约环境保护的成本而且为节约能源和循环经济领域的发展十分重要。
现有技术中目前存在的关键不仅仅需要高性能过滤材料，更需要的是产生稳定可靠性能的同时，具有简单易行的生产过程和经济实惠的生产成本。二十世纪九十年代后期，针对陶瓷过滤材料存在抗热震性不好、可靠性不高等问题，西方一些国家开展了具有金属性质的多孔过滤材料的研究和开发。FeAI合金材料抗高温氧化、耐硫腐蚀性能突出，适合高温除尘环境的应用，在钢铁、发电系统引起了广泛关注，开展了对FeAI合金的深入研究。
研究结果现有技术中基本形成了两个工艺路线。一个是北京安泰科技的真空熔炼铁铝制粉、分级混合、冷压成形、高温烧结的方法。一个是中南大学的铁铝粉分级后直接混合，冷压成形、保温处理、高温烧结。最终形成具有金属特性的多孔材料。采用金属粉末材料直接获得所需多孔结构可以解决初步加工问题。前者方法生产的的产品强度高，抗高温氧化性和抗硫腐蚀性能优异，过滤效率高、运行阻力低、工艺稳定、易于反吹清洗再生、寿命长。铁铝基金属间化合物微孔过滤材料具有实际应用的可能。生产中需要借助真空感应炉中进行熔炼，采用高压水雾化制粉导致生产工艺复杂、成本高效率低。大大限制了材料的应用领域。中南大学的技术方案采用了价格便宜的铁铝粉原料直接混配冷静压成形，工艺简单使实用。但是，实验运行中发现，在铝元素向铁元素团中扩散的过程是一个快速的放热过程，不仅仅可以形成有应用价值的孔隙，还很容易形成连锁式反应扩散造成局部孔隙扩展形成为裂纹、形成表面的开裂和内部的瑕疵。也可能导致明显的形变和孔隙不均匀。所导致的结果是质量难以控制，成品率过低、表面质量不一至。本申请中的附图2中就表现了以上的现象。这一技术缺陷导致了产品质量的不可控因素。为了克服以上的技术缺陷，不得不限制铁粉和和铝粉的粒度尺寸，减缓烧结时温度上升的速度。即使如此也无法彻底解决产品质量的稳定性。加大了生产成本，形成推广应用中最大的价格障碍。
发明内容
本发明的目的是提供一个新的制备铁铝合金多孔材料的方法。该方法是对现有的工艺：将含铁铝成分的粉末按照设计的重量组分比混合，借助于模压成形制备制成片状或成形坯，压力控制在50～300MPa，或采用冷等静压制备管状型坯，采用无压烧结工艺，950～1250℃，烧结气氛为氢气或分解氨、或者采用真空烧结实现多孔结构的定型，所进行的改进，克服现有技术的缺陷，摆脱质量、原料和废品率高的困扰，以简单、高效、低成本的技术手段实现铁铝合金多孔材料的生产。
本方法所采用的技术方案中，采用含铁铝成分的粉末，按设计的重量组分比混合，采用模压成形制备片状或成形坯，压力控制在50～300MPa，或采用冷等静压制备管状型坯，等静压力控制在50～200MPa；采用无压烧结工艺，950～1250℃，烧结气氛为氢气或分解氨、或者采用真空烧结。关键在于上述的含铁铝成分的粉末包括粒径为300～1μm的Fe粉和粒径为300～1μm的FexAly粉，其重量百分比为76.6-3.5％Fe和23.4～96.2％FexAly。
以上所说的FexAly是指铁铝化合物，包括FeAl2、Fe2Al5、FeAl3其中的任何一种或两种、或三种的混合。之所以选择以上种类的铁铝化合物，是因为以上的三种铁铝化合物是铁铝粉混合加热定型过程中主要的中间生成物形式。是铝元素向铁原子团中发生扩散时产生发热和链式反应的主要中间生成物。随着本技术方案的关键性原料配比选择的改进，现有技术中所具有的，影响形体精度、匀质性能、和原料粒度的根本威胁被大大地弱化，产生缺陷的基础被限制在非常小的范畴内。从而保证了高质量和底成本的生产过程。同时由于以上的措施，作为参加反应的基本原料颗粒不再需要过严格的细度，从而有利于生成各种档次、规格的铁铝合金多孔材料，更广泛的适应市场的需要。以上所述是本发明产生的积极效果。
附图说明
图1是采用本发明的方法制造的产品外观形态照片图示。
图2同组分现有工艺方法生产中出现的产品外观缺陷照片。
本方法制造的产品外型规范工整，没有任何变形和龟纹。使用现有工艺方法，不加任何的特别处理外观经常出现严重变形、严重的龟裂纹。
下面结合具体的实施里例进一步说明本发明的目的是如何实现的：
具体实施方式
具体方法或流程应当包括以下的方法步骤：该方法采用含铁铝成份的粉末，按设计的重量组分比混合，采用模压成形制备制成片状或成形坯，压力控制在50～300MPa，或采用冷等静压制备管状型坯，等静压力控制在50～300MPa；采用无压烧结工艺，950～1250℃，烧结气氛为氢气或分解氨、或者采用真空烧结。关键在于上述的含铁铝成份的粉末包括粒径为300～1μm的Fe粉和粒径为300～1μm的FexAly粉，其重量百分比为76.6-3.5％Fe和23.4～96.2％FexAly。
重大的区别点在于用于成形的基础原料混合中没有了独立存在单质铝。直接采用了以结合形态的铁铝原料。避开了产生剧烈反应的放热过程，然后再完成冷压成形后，然后进行烧结定型。以上的改进形成了工艺顺序的合理性，顺理成章的解决了本发明的关键技术难题。
下面给出本发明的具体实施例。见如下列表：
实施例表1(以下组分按照重量百分比)
  实施例   Fe   FeAl2
  1   71.8   28.2
  2   52   48
  3   34   66
  4   3.8   96.2
实施例表2(以下组分按照重量百分比)
  实施例   Fe   Fe2Al5
  5   74.7   25.3
  6   55.5   44.5
  7   37   63
  8   14.6   85.4
实施例表3(重量百分比)
  实施例   Fe   FeAl3
  9   76.6   23.4
  10   57.5   42.5
  11   39   61
  12   16.7   83.3
实施例表4(重量百分比)
  实施例   Fe   FeAl2   Fe2Al5
  13   72   14   14
  13   53   22   25
  14   35   32   33
  15   11   34   55
实施例表5(重量百分比)
  实施例   Fe   FeAl2   FeAl3
  16   74   13   13
  17   54   22   24
  18   37   31   32
  19   12   34   54
实施例表6(重量百分比)
  实施例   Fe   Fe2Al5   FeAl3
  20   75   13   15
  21   56   22   22
  22   38   31   31
  23   15   51   34
实施例表6(重量百分比)
  实施例   Fe   FeAl2   Fe2Al5   FeAl3
  24   73   9   9   9
  25   55   15   15   15
  26   37   21   21   21
  28   13   29   29   29
  29   55   20   15   10
  30   55   5   35   5
参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl2粉的混合时，Fe粉和FeAl2粉的重量百分比为：3.8-71.8％Fe粉、96.2---28.2％FeAl2。
参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和Fe2Al5粉的混合，Fe粉和Fe2Al5粉的重量百分比为：14.6-74.7％Fe粉、85.4-25.3％Fe2Al5。
参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl3粉的混合，Fe粉和FeAl3粉的重量百分比为：16.7-76.6％Fe粉、83.3-23.4％FeAl3。
参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl2、Fe2Al5粉的混合，Fe粉和FeAl2、Fe2Al5粉的重量百分比为：72-11％Fe粉、14-34％FeAl2，14-55％Fe2Al5。
参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl2、FeAl3粉的混合，Fe粉和FeAl2、FeAl3粉的重量百分比为：74-12％Fe粉、13-34％FeAl2，13-54％FeAl3。
参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和Fe2Al5、FeAl3粉的混合，Fe粉和Fe2Al5、FeAl3粉的重量百分比为：75-15％Fe粉、13-51％Fe2Al5、15-31％FeAl3。
参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl2、Fe2Al5、FeAl3粉的混合，Fe粉和FeAl2、Fe2Al5、FeAl3粉的重量百分比为：73-13％Fe、5-29％FeAl2、9-29％Fe2Al5、9-29％FeAl3

Claims (9)

1、一种制备铁铝合金多孔材料的方法，该方法采用含铁铝成分的粉末，按设计的重量组分比混合，采用模压成形制备制成片状或成形坯，压力控制在50～300MPa，或采用冷等静压制备管状型坯，等静压力控制在50～200MPa；采用无压烧结工艺，950～1250℃，烧结气氛为氢气或分解氨、或者采用真空烧结，其特征在于上述的含铁铝成分的粉末包括粒径为300～1μm的Fe粉和粒径为300～1μm的FexAly粉，其重量百分比为76.6-3.8％Fe和23.4～96.2％FexAly。
2、根据权利要求1所述的制备铁铝合金多孔材料的方法，其特征在于所说的FexAly粉是FeAl2、或Fe2Al5、或FeAl3、或者是以上的铁铝化合物中的两种或两种以上的混合物。
3、根据权利要求1所述的制备铁铝合金多孔材料的方法，其特征在于所述的粉末为Fe粉和FeAl2粉的混合物，Fe粉和FeAl2粉的重量百分比为：3.8-71.8％Fe粉、96.2---28.2％FeAl2。
4、根据权利要求1所述的制备铁铝合金多孔材料的方法，其特征在于所述的粉末为Fe粉和Fe2Al5粉的混合，Fe粉和Fe2Al5粉的重量百分比为：14.6-74.7％Fe粉、85.4-25.3％Fe2Al5。
5、根据权利要求1所述的制备铁铝合金多孔材料的方法，其特征在于所述的粉末为Fe粉和FeAl3的C混合，Fe粉和FeAl3粉的重量百分比为：16.7-76.6％Fe粉、83.3-23.4％FeAl3。
6、根据权利要求1所述的制备铁铝合金多孔材料的方法，其特征在于所述的粉末为Fe粉和FeAl2、Fe2Al5粉的混合，Fe粉和FeAl2、Fe2Al5粉的重量百分比为：72-11％Fe粉、14-34％FeAl2，14-55％Fe2Al5。
7、根据权利要求1所述的制备铁铝合金多孔材料的方法，其特征在于所述的粉末为Fe粉和FeAl2、FeAl3粉的混合，Fe粉和FeAl2、FeAl3粉的重量百分比为：74-12％Fe粉、13-34％FeAl2，13-54％FeAl3。
8、根据权利要求1所述的制备铁铝合金多孔材料的方法，其特征在于所述的粉末为Fe粉和Fe2Al5、FeAl3粉的混合，Fe粉和Fe2Al5、FeAl3粉的重量百分比为：75-15％Fe粉、13-51％Fe2Al5、15-31％FeAl3。
9、根据权利要求1所述的一种制备铁铝合金的多孔材料的方法，其特征在于所述的粉末为Fe粉和FeAl2、Fe2Al5、FeAl3粉的混合，Fe粉和FeAl2、Fe2Al5、FeAl3粉的重量百分比为：73-13％Fe、5-29％FeAl2、9-29％Fe2Al5、9-29％FeAl3。
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