CN102121090A - 一种在多孔金属基材上形成功能层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在多孔金属基材上形成功能层的方法，将多孔金属基材置入由金属粉末、填充剂和催渗剂组成的耐高温渗剂粉末中，之后在900～1200℃条件下热处理一定时间；金属粉末由Cr、Al、Mn、Co、Mo、Ti、W、V或Re的其中一种或两种以上组成；填充剂选自氧化铝、氧化硅、碳化硅、氧化锆、氮化硼或陶瓷粉末中的一种或多种；催渗剂为卤化铵类。本发明将金属粉末热渗工艺成功应用到了多孔金属材料上，并找到了一定的适用工艺条件；该方法在多孔金属基材上形成了具有很好保护膜的合金镀层；另外本发明方法为干法工艺，无废水、废气产生，基本不会对环境产生污染，环保性能优良。
Description
技术领域
本发明涉及本发明涉及一种形成功能层的方法，特别涉及在多孔金属基材上形成功能层的方法。
背景技术
在很多领域常用到各种多孔金属材料，如电池基材用的泡沫镍，过滤材料用的泡沫铁镍等。而不同的应用领域对多孔金属材料的性能要求是不同的，在多孔金属材料应用于机动车尾气净化基材、高温环境过滤材料时其抗高温氧化性能是考虑的关键指标。而在多孔基材上形成功能层的方法目前多是采用在基材表面热喷途、电镀、粉末熔烧法等工艺，但这类工艺，一是对环境污染严重，二是多孔材料深度方向功能涂层的形成受多孔材料孔径、厚度的限制大，耐高温性能仍不理想，三是加工设备要求真空或惰性气氛，设备投资大。而对于粉末渗金属工艺而言，目前的研究基本停留在对于金属工件、金属板材等致密基材的应用上，多孔金属材料是否能应用该方法、如何应用都暂无研究素材参考。
发明内容
本发明旨在提供一种制备工艺环保性能较好、耐高温氧化性能优良、设备投资较小的在多孔金属材料形成功能层的方法。
本发明的实现方案如下：
将多孔金属基材置入由金属粉末、填充剂和催渗剂组成的耐高温渗剂粉末中，之后在900～1200℃条件下热处理一定时间；所述金属粉末由Cr、Al、Mn、Co、Mo、Ti、W、V或Re的其中一种或两种以上组成；所述填充剂选自氧化铝、氧化硅、碳化硅、氧化锆、氮化硼或陶瓷粉末中的一种或多种；所述催渗剂为卤化铵类，如NH4C1、NH4Br等。
实验发现，为使形成的功能层性能较优，所述的金属粉末、填充剂和催渗剂三组分的比例为(10～60％)∶(30～80％)∶(0.3～10％)。所述的金属粉末粒径与填充剂粉末的粒径相同且小于多孔金属孔径，金属粉末粒径与填充剂粉末的粒径为100～800目，更优选为200～500目。
为提高材料的耐高温性能，所述金属粉末优选Cr、Al或其混合物。
所述的多孔金属基材优选下述基材中的一种：多孔镍、多孔铁或多孔铁镍合金等，其厚度可为0.5～100mm、孔径可为5～140PPI。
形成良好功能层的热处理时间为1～15h，更优选2～6h。
与现有工艺相比，本发明的制备方法具有下述优点：
1.与现有工艺相比，本发明最重要的是将原本只应用于致密金属材料的金属粉末热渗工艺成功应用到了多孔金属材料上，并找到了一定的适用工艺条件；而另一方面这种方法使得在多孔金属基材上形成了具有很好保护膜的合金镀层，研究表明这样的功能合金层至少具有改善多孔材料耐高温性能的功能。
2.因本发明方法为干法工艺，无废水、废气产生，基本不会对环境产生污染，因此其环保性能优良。
具体实施方式
实施例1
按下述步骤制备包含镍铬合金功能层的多孔镍材料：
第一步：将200目铬粉、200目氧化铝粉和氯化铵粉按铬粉∶氧化铝粉∶氯化铵粉＝30∶68∶2比例混合均匀后并干燥，制备成耐高温渗剂粉；
第二步：将孔径为45PPI、厚度为10mm、面密度为4000g/m2的多孔镍基材埋入上述混合粉末中，之后在1100℃条件下处理2小时，冷却后取出粉末中的材料即可。
经检测，上述工艺制得的材料渗层增重24％，并且经电镜和元素分析测定，在材料的骨架肋条的内外表面形成了铬含量梯度分布镍铬合金。本实施例的多孔镍材料30小时的氧化增重低于8％，材料性能仍保持。
实施例2
按下述步骤制备包含铁镍铬铝合金功能层的多孔铁镍材料：
第一步：将100目铬粉、100目铝粉、100目碳化硅粉和氯化铵粉按铬粉∶铝粉∶碳化硅粉∶氯化铵粉＝24∶4∶68∶4比例混合均匀后并干燥，制备成耐高温渗剂粉；
第二步：将孔径为10PPI、厚度为50mm、面密度为15000g/m2的多孔铁镍基材埋入上述混合粉末中，之后在900℃条件下处理6小时，冷却后取出粉末中的材料即可。
经检测，上述工艺制得的材料渗层增重30％，并且经电镜和元素分析测定，在材料的骨架肋条的内外表面均形成了铁镍铬铝合金。上述方法制得的含耐高温合金层的多孔铁镍在900℃氧化循环30小时，实验结果发现，30小时的氧化增重量8％，材料性能仍保持。
实施例3
按下述步骤制备包含铁镍钨合金功能层的多孔铁镍材料：
第一步：将400目钨铁粉、400目高岭土粉(经1100℃焙烧1h)和氯化铵粉按钨粉∶氧化铝粉∶氯化铵粉＝55∶50∶5比例混合均匀后并干燥，制备成耐高温渗剂粉；
第二步：将孔径为120PPI、厚度为1.5mm、面密度为800g/m2的多孔铁镍基材埋入上述混合粉末中，之后在1000℃条件下处理3小时，冷却后取出粉末中的材料即可。
经检测，上述工艺制得的材料渗层增重为10％，并且经电镜和元素分析测定，在材料的骨架肋条的内外表面均形成了铁镍钨合金。上述方法制得的含钨合金层的多孔铁镍在900℃氧化循环30小时，实验结果发现，30小时的氧化增重量10％，材料性能仍保持。
实施例4
按下述步骤制备包含镍钛合金功能层的多孔镍材料：
第一步：将250目钛铝合金粉(含钛60％、铝35％、碳5％)、250目氧化铝粉和溴化铵粉按钛粉∶氧化铝粉∶氟化铵粉＝30∶65∶5比例混合均匀后并干燥，制备成耐高温渗剂粉；
第二步：将孔径为70PPI、厚度为5.5mm、面密度为1500g/m2的多孔镍基材埋入上述混合粉末中，之后在900℃条件下处理3小时，冷却后取出粉末中的材料即可。
经检测，上述工艺制得的材料渗层增重20％，并且经电镜和元素分析测定，在材料的骨架肋条的内外表面均形成了镍钛铝合金。上述方法制得的镍钛合金层的多孔铜在900℃氧化循环30小时，实验结果发现，30小时的氧化增重量10％，材料性能仍保持。
Claims (10)
1.一种在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：将多孔金属基材置入由金属粉末、填充剂和催渗剂组成的耐高温渗剂粉末中，之后在900～1200℃条件下热处理一定时间；所述金属粉末由Cr、Al、Mn、Co、Mo、Ti、W、V或Re的其中一种或两种以上组成；所述填充剂选自氧化铝、氧化硅、碳化硅、氧化锆、氮化硼或陶瓷粉末中的一种或多种；所述催渗剂为卤化铵类。
2.如权利要求1所述的在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：所述的金属粉末、填充剂和催渗剂三组分的比例为(10～60％)∶(30～80％)∶(0.3～10％)。
3.如权利要求2所述的在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：所述的金属粉末粒径与填充剂粉末的粒径相同且小于多孔金属孔径。
4.如权利要求3所述的在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：所述的金属粉末粒径与填充剂粉末的粒径为100～800目。
5.如权利要求4所述的在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：所述的金属粉末粒径与填充剂粉末的粒径为优选为200～500目。
6.如权利要求1～5之一所述的在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：所述金属粉末优选Cr、Al或其混合物。
7.如权利要求1～5之一所述的在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：所述的多孔金属基材优选下述基材中的一种：多孔镍、多孔铜、多孔铁、多孔铁镍合金或多孔铜镍合金。
8.如权利要求6所述的在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：所述的多孔金属基材优选下述基材中的一种：多孔镍、多孔铜、多孔铁、多孔铁镍合金或多孔铜镍合金。
9.如权利要求1所述的在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：所述的热处理时间为1～15h。
10.如权利要求9所述的在多孔金属基材上形成功能层的方法，其特征在于：所述的热处理时间优选2～6h。
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