CN104233004A - 粉末烧结多孔过滤合金、其制备方法以及它的预压成型体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉末烧结多孔过滤合金、该合金的制备方法以及制备该合金的预压成型体。该合金基本由按质量百分比计21～23.5％的Cr、6～8％的Mo、18～21％的Fe、0～1.5％的W、0～2.5％的Co、0～0.05％的C、0～1％的Si、0～2％的Mn、0～2.5％的Ta或/和Nb、0～5％的Al、0～1.5％的Ti以及余量的Ni构成；用作液体过滤时其平均孔径不大于20μm且相对渗透系数不小于0.2m³/m²·kpa·h，用作气体过滤时其平均孔径不大于60μm且相对透气系数不小于80m³/m²·kpa·h。该粉末烧结多孔过滤合金针对强氧化性体系具有极佳的抵抗力；尤其耐磷酸、硫酸、硫酸盐等。

Description

粉末烧结多孔过滤合金、其制备方法以及它的预压成型体

技术领域

本发明涉及烧结多孔过滤材料，具体涉及粉末烧结多孔过滤合金、该合金的制备方法以及用于制备该合金的预压成型体。

背景技术

申请人目前对粉末烧结多孔过滤材料的研究重点集中在材料应用领域的扩展、材料性能的改善、成孔机理的探究和制备工艺的优化等几个方面。在烧结多孔过滤材料应用领域的扩展中，大胆提出了针对一些特定且比较苛刻的应用环境开发出相应的能够满足此应用环境下的化学稳定性(如耐腐蚀性)要求并具有良好过滤性能的新材料。其意义在于，如果该类新材料一旦开发成功，就能够将精密过滤技术带入相应的领域，由此改变该领域的传统处理流程，其结果往往是对环境污染的极大改善以及长期的经济效益和社会效益的提升。但是，在新材料的开发过程中，除对材料成分的研究外，常常还会面临烧结多孔化过程中的诸多问题，例如：烧结致密化、烧结后材料曲折因子过大影响渗透性能、材料孔径难以控制等等。因此，一种新材料的成功开发常会相应涉及到在成孔机理、制备工艺等方面的创新。

发明内容

本发明旨在提供几种针对特定过滤体系(指待过滤物形成的物质体系，可以是液体体系或气体体系)表现出优异的化学稳定性和良好过滤性能的粉末烧结多孔过滤合金、该合金的制备方法以及制备该合金的预压成型体。

本发明的第一种粉末烧结多孔过滤合金，其基本是由按质量百分比计26～30％的Mo、0～2％的Fe、0～0.1％的Cr、0～0.02％的C、0～0.1％的Si、0～1％的Mn、0～5％的Al、0～1.5％的Ti以及余量的Ni所构成；用作液体过滤时其平均孔径不大于20μm且相对渗透系数不小于0.2m³/m²·kpa·h，用作气体过滤时其平均孔径不大于60μm且相对透气系数不小于80m³/m²·kpa·h。需要解释的是，上述术语“基本是由……所构成”，在本发明中的具体含义是指：该粉末烧结多孔过滤合金可以仅由上述这些元素构成；也可以在主要包含所述元素的基础上添加其他微量的、不会明显改变合金性能的元素，例如Nb、V、W、Y、Ta、Zr、Co等。而关于“相对渗透系数”和“相对透气系数”的具体含义将在具体实施方式中说明。

上述第一种粉末烧结多孔过滤合金的特点为：首先，该粉末烧结多孔过滤合金针对完全还原体系(即无氧化性离子存在，如Fe³⁺、Cu²⁺等)抗腐蚀性能十分优越；其次，能耐常压下任何温度、任何浓度盐酸的腐蚀；此外，在不充气的中等浓度的非氧化性硫酸、各种浓度磷酸、高温醋酸、甲酸等有机酸、溴酸以及氯化氢气体中均有优良的耐蚀性能；另外也耐卤族催化剂的腐蚀。所述第一种粉末烧结多孔过滤合金比较适用于多种苛刻的石油、化工过程，如盐酸的蒸馏，浓缩；乙苯的烷基化和低压羰基合成醋酸等生产工艺过程中。

上述第一种粉末烧结多孔过滤合金中，Cr、C、Si、Mn、Al、Ti为可选组分。其中Cr、C、Si、Mn可根据合金具体所处的过滤体系进行添加以提高合金的化学稳定性。Al的主要意义在于添加后可在一定程度上降低合金的曲折因子。当合金能够满足过滤渗透性要求时，可以不加入Al；但在加入Al的情况下，由于在制备合金的高温烧结过程中Al会转变为液相进而促进粉末颗粒的流动，从而使烧结形成的孔道更为圆滑，由此降低合金的曲折因子。出于提高过滤渗透性的目的，所述Al元素的质量百分含量优选为1～5％，还可进一步优选为3～5％。另外，Ti的加入可以提高合金的高温热强度。在可能面对高温过滤体系时(例如300～800℃的高温气体过滤)Ti元素的质量百分含量优选为0.2～1％，进一步优选为0.5～1％。

上述第一种粉末烧结多孔过滤合金的制备方法，其步骤包括：1)将各元素粉按照上述设定的比例进行混合，其中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，并按第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％的比例加入；2)将上述混合粉料依次进行造粒、干燥和压力成型，将干燥温度设定为40～60℃，干燥时间设定为4～8小时，然后进行压力成型，压力成型时在120～200MPa成型压力下保压20～80秒，压力成型后得到预压成型体；3)对预压成型体进行烧结，过程至少包含以下二个阶段：脱脂阶段：烧结温度从室温升至350～450℃，并保温60～300分钟；高温烧结阶段：将烧结温度升至1050～1280℃，并保温60～180分钟；冷却即得到该多孔过滤合金。上述方法中，当制备用作液体过滤的粉末烧结多孔过滤合金，则造粒时可优选采用硬脂酸为造粒剂，硬脂酸的加入量为混合粉料总质量的2～8％；当制备用作气体过滤的粉末烧结多孔过滤合金，则造粒时可优选采用尿素为造粒剂，尿素的加入量为混合粉料总质量的5～20％。另外，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比还进一步优选为1:(2～4)。压力成型时的成型压力还可进一步优选为120～150MPa。

上述的制备方法能够很好的避免烧结致密化问题及压力成型时成型体裂损问题，且可对材料孔径进行有效控制。首先，该方法创造性将构成合金的基础元素Ni的原料粉(Ni粉)分为了第一镍粉和第二镍粉，其中第一镍粉为长条状，第二镍粉为球状或类球状，第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)(优选为1:(2～4))，且第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％，这样，由于第一镍粉为粒度较小的长条状镍粉，具有压制性较好(成型体不易裂损)，烧结后孔径较小的特点，而第二镍粉为粒度较大的球状或类球状镍粉，具有压制性较差(成型体容易裂损)，烧结后孔径较大的特点，将上述第一镍粉与第二镍粉充分混合后，第一镍粉可填充在第二镍粉之间形成的空隙中，一方面起到控制烧结后材料孔径的作用(根据需要的孔径范围调整第一镍粉的比例，例如30％、50％、70％)，一方面改善混合粉料的混合粉料压制性，降低压力成型时成型体裂损几率；另外，第一镍粉粒度较小可增加Ni粉的整体活性，从而降低烧结温度，促进粉末烧结过程中晶粒的流动和发育，且在一定程度上防止烧结致密化。其次，通过压力成型参数的选择进一步优化了针对特定混合粉料的压制性，进一步改善了压力成型的合格率。并且，根据原料成分，高温烧结阶段将烧结温度升至1050～1280℃并保温60～180分钟的特殊设定可保证烧结时少量液相的产生，很好的避免了烧结致密化问题。

实施上述方法的过程中所得到的用于制备粉末烧结多孔过滤合金的预压成型体，构成该预压成型体的粉末颗粒中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，且第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％。所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比进一步优选为1:(2～4)。

本发明的第二种粉末烧结多孔过滤合金，其基本是由按质量百分比计14～17％的Cr、15～17％的Mo、0～7％的Fe、0～4.5％的W、0～2.5％的Co、0～0.08％的C、0～1％的Si、0～1％的Mn、0～0.35％的V、0～0.04％的P、0～0.03％的S、0～5％的Al、0～1.5％的Ti以及余量的Ni构成；用作液体过滤时其平均孔径不大于20μm且相对渗透系数不小于0.2m³/m²·kpa·h，用作气体过滤时其平均孔径不大于60μm且相对透气系数不小于80m³/m²·kpa·h。上述术语“基本是由……所构成”的具体含义是指：该粉末烧结多孔过滤合金可以仅由上述这些元素构成；也可以在主要包含所述元素的基础上添加其他微量的、不会明显改变合金性能的元素，例如Nb、Y、Ta、Zr等。

上述第二种粉末烧结多孔过滤合金的特点为：首先，该粉末烧结多孔过滤合金在氧化性和还原性体系中，均表现出优越的耐腐性；其次，主要耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐；此外，在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。因此，该粉末烧结多孔过滤合金比较适合在化工、石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域应用。

上述第二种粉末烧结多孔过滤合金中，Fe、Co、W、C、Si、Mn、V、P、S、Al、Ti为可选组分。其中Co、C、Si、Mn、V、P、S可根据合金具体所处的过滤体系进行添加以提高合金的化学稳定性。W的质量百分含量可进一步优选为3～4.5％，这样可以提高抗还原性介质腐蚀，如局部点蚀、缝隙腐蚀；Fe的质量百分含量可进一步优选为4～7％。Al的主要意义在于添加后可在一定程度上降低合金的曲折因子。当合金能够满足过滤渗透性要求时，可以不加入Al；但在加入Al的情况下，由于在制备合金的高温烧结过程中Al会转变为液相进而促进粉末颗粒的流动，从而使烧结形成的孔道更为圆滑，由此降低合金的曲折因子。出于提高过滤渗透性的目的，所述Al元素的质量百分含量优选为1～5％，还可进一步优选为3～5％。另外，Ti的加入可以提高合金的高温热强度。在可能面对高温过滤体系时Ti元素的质量百分含量优选为0.2～1％，进一步优选为0.5～1％。

上述第二种粉末烧结多孔过滤合金的制备方法，其步骤包括：1)将各元素粉按照上述设定的比例进行混合，其中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，并按第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％的比例加入；2)将上述混合粉料依次进行造粒、干燥和压力成型，将干燥温度设定为40～60℃，干燥时间设定为4～8小时，然后进行压力成型，压力成型时在120～200MPa成型压力下保压20～80秒，压力成型后得到预压成型体；3)对预压成型体进行烧结，过程至少包含以下二个阶段：脱脂阶段：烧结温度从室温升至350～450℃，并保温60～300分钟；高温烧结阶段：将烧结温度升至1150～1280℃，并保温60～180分钟；冷却即得到该多孔过滤合金。上述方法中，当制备用作液体过滤的粉末烧结多孔过滤合金，则造粒时可优选采用硬脂酸为造粒剂，硬脂酸的加入量为混合粉料总质量的2～8％；当制备用作气体过滤的粉末烧结多孔过滤合金，则造粒时可优选采用尿素为造粒剂，尿素的加入量为混合粉料总质量的5～20％。另外，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比还进一步优选为1:(2～4)。压力成型时的成型压力可进一步优选为120～150MPa。

上述的制备方法能够很好的避免烧结致密化及压力成型时成型体裂损问题，且可对材料孔径进行有效控制。首先，该方法创造性将构成合金的基础元素Ni的原料粉(Ni粉)分为了第一镍粉和第二镍粉，第一镍粉为长条状，第二镍粉为球状或类球状，第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，且第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％，这样，由于第一镍粉为粒度较小的长条状镍粉，具有压制性较好，烧结后孔径较小的特点，而第二镍粉为粒度较大的球状或类球状镍粉，具有压制性较差，烧结后孔径较大的特点，将上述第一镍粉与第二镍粉充分混合后，第一镍粉可填充在第二镍粉之间形成的空隙中，一方面起到控制烧结后材料孔径的作用(根据需要的孔径调整第一镍粉的比例，例如30％、50％、70％)，一方面改善混合粉料的混合粉料压制性，降低压力成型时成型体裂损几率，另外，第一镍粉粒度较小可增加Ni粉的整体活性，从而降低烧结温度，促进粉末烧结过程中晶粒的流动和发育，且在一定程度上防止烧结致密化。其次，通过压力成型参数的选择进一步优化了针对特定混合粉料的压制性，进一步改善了压力成型的合格率。并且，根据原料成分，高温烧结阶段将烧结温度升至1150～1280℃并保温60～180分钟的特殊设定，很好的避免了烧结致密化问题。

实施上述方法的过程中所得到的用于制备粉末烧结多孔过滤合金的预压成型体，构成该预压成型体的粉末颗粒中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，且第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％。所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比进一步为1:(2～4)。

本发明提供的第三种粉末烧结多孔过滤合金，基本由按质量百分比计21～23.5％的Cr、6～8％的Mo、18～21％的Fe、0～1.5％的W、0～2.5％的Co、0～0.05％的C、0～1％的Si、0～2％的Mn、0～2.5％的Ta或/和Nb、0～5％的Al、0～1.5％的Ti以及余量的Ni构成；用作液体过滤时其平均孔径不大于20μm且相对渗透系数不小于0.2m³/m²·kpa·h，用作气体过滤时其平均孔径不大于60μm且相对透气系数不小于80m³/m²·kpa·h。上述术语“基本是由……所构成”的具体含义是指：该粉末烧结多孔过滤合金可以仅由上述这些元素构成；当然该粉末烧结多孔过滤合金也可以在主要包含所述元素的基础上添加其他微量的、不会明显改变合金性能的元素，例如V、Y、Zr等。

上述第三种粉末烧结多孔过滤合金的特点为：该粉末烧结多孔过滤合金针对强氧化性体系具有极佳的抵抗力；尤其耐磷酸、硫酸、硫酸盐等。

上述第三种粉末烧结多孔过滤合金中，W、Co、C、Si、Mn、Ta、Nb、Al、Ti为可选组分。其中W、Co、C、Si、Mn、Ta、Nb可根据合金具体所处的过滤体系进行添加以提高合金的化学稳定性。Mn的质量百分含量可进一步优选为1.5～2.5％，这样可以明显减小材料的热脆性；Ta或/和Nb的质量百分含量可进一步优选为1～2％，这样可以明显提高材料抵抗局部腐蚀性的作用，同时提高材料的热稳定性。Al的主要意义在于添加后可在一定程度上降低合金的曲折因子。当合金能够满足过滤渗透性要求时，可以不加入Al；但在加入Al的情况下，由于在制备合金的高温烧结过程中Al会转变为液相进而促进粉末颗粒的流动，从而使烧结形成的孔道更为圆滑，由此降低合金的曲折因子。出于提高过滤渗透性的目的，所述Al元素的质量百分含量优选为1～5％，还可进一步优选为3～5％。另外，Ti的加入可以提高合金的高温热强度。在可能面对高温过滤体系时Ti元素的质量百分含量优选为0.2～1％，进一步优选为0.5～1％。

上述第三种粉末烧结多孔过滤合金的制备方法，其步骤包括：1)将各元素粉按照上述设定的比例进行混合，其中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，并按第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％的比例加入；2)将上述混合粉料依次进行造粒、干燥和压力成型，将干燥温度设定为40～60℃，干燥时间设定为4～8小时，然后进行压力成型，压力成型时在120～200MPa成型压力下保压20～80秒，压力成型后得到预压成型体；3)对预压成型体进行烧结，过程至少包含以下二个阶段：脱脂阶段：烧结温度从室温升至350～450℃，并保温60～300分钟；高温烧结阶段：将烧结温度升至1150～1310℃，并保温60～180分钟；冷却即得到该多孔过滤合金。上述方法中，当制备用作液体过滤的粉末烧结多孔过滤合金，则造粒时可优选采用硬脂酸为造粒剂，硬脂酸的加入量为混合粉料总质量的2～8％；当制备用作气体过滤的粉末烧结多孔过滤合金，则造粒时可优选采用尿素为造粒剂，尿素的加入量为混合粉料总质量的5～20％。另外，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比还进一步优选为1:(2～4)。压力成型时的成型压力可进一步优选为120～150MPa。

上述的制备方法能够很好的避免烧结致密化及压力成型时成型体裂损问题，且可对材料孔径进行有效控制。首先，该方法创造性将构成合金的基础元素Ni的原料粉(Ni粉)分为了第一镍粉和第二镍粉，第一镍粉为长条状，第二镍粉为球状或类球状，第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，且第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％，这样，由于第一镍粉为粒度较小的长条状镍粉，具有压制性较好，烧结后孔径较小的特点，而第二镍粉为粒度较大的球状或类球状镍粉，具有压制性较差，烧结后孔径较大的特点，将上述第一镍粉与第二镍粉充分混合后，第一镍粉可填充在第二镍粉之间形成的空隙中，一方面起到控制烧结后材料孔径的作用(根据需要的孔径调整第一镍粉的比例，例如30％、50％、70％)，一方面改善混合粉料的混合粉料压制性，降低压力成型时成型体裂损几率，另外，第一镍粉粒度较小可增加Ni粉的整体活性，从而降低烧结温度，促进粉末烧结过程中晶粒的流动和发育，且在一定程度上防止烧结致密化。其次，通过压力成型参数的选择进一步优化了针对特定混合粉料的压制性，进一步改善了压力成型的合格率。并且，根据原料成分，高温烧结阶段将烧结温度升至1150～1310℃并保温60～180分钟的特殊设定，很好的避免了烧结致密化问题。

实施上述方法的过程中所得到的用于制备多孔过滤合金的预压成型体，构成该预压成型体的粉末颗粒中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，且第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％。所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比进一步为1:(2～4)。

本发明的第四种粉末烧结多孔过滤合金，其基本是由按质量百分比计14～17％的Cr、6～10％的Fe、0～0.15％的C、0～0.5％的Si、0～1％的Mn、0～0.05％的Cu、0～5％的Al、0～1.5％的Ti以及余量的Ni构成，且其平均孔径不大于60μm且相对透气系数不小于80m³/m²·kpa·h。需要解释的是，上述术语“基本是由……所构成”，具体含义是指：该粉末烧结多孔过滤合金可以仅由上述这些元素构成；也可以在主要包含所述元素的基础上添加其他微量的、不会明显改变合金性能的元素，例如Nb、V、W、Y、Ta、Zr、Co等。

上述第四种粉末烧结多孔过滤合金具有很好的耐氯气、氯化氢气体腐蚀的特性(特别是在高温条件下)，尤其适用于高温氯气、氯化氢体系下的气固分离过滤。

上述第四种粉末烧结多孔过滤合金中，C、Si、Mn、Cu、Al、Ti为可选组分。其中Cr、C、Si、Mn、Cu可根据合金具体所处的过滤体系进行添加以提高合金的化学稳定性。Al的主要意义在于添加后可在一定程度上降低合金的曲折因子。当合金能够满足过滤渗透性要求时，可以不加入Al；但在加入Al的情况下，由于在制备合金的高温烧结过程中Al会转变为液相进而促进粉末颗粒的流动，从而使烧结形成的孔道更为圆滑，由此降低合金的曲折因子。出于提高过滤渗透性的目的，所述Al元素的质量百分含量优选为1～5％，还可进一步优选为3～5％。另外，Ti的加入可以提高合金的高温热强度。在可能面对高温过滤体系时(例如300～800℃的高温气体过滤)Ti元素的质量百分含量优选为0.2～1％，进一步优选为0.5～1％。

上述第四种粉末烧结多孔过滤合金的制备方法，其步骤包括：1)将各元素粉按照上述设定的比例进行混合，其中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，并按第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％的比例加入；2)将上述混合粉料依次进行造粒、干燥和压力成型，将干燥温度设定为40～60℃，干燥时间设定为4～8小时，然后进行压力成型，压力成型时在120～220MPa成型压力下保压20～80秒，压力成型后得到预压成型体；3)对预压成型体进行烧结，过程至少包含以下二个阶段：脱脂阶段：烧结温度从室温升至350～450℃，并保温60～300分钟；高温烧结阶段：将烧结温度升至1200～1320℃，并保温120～300分钟；冷却即得到该多孔过滤合金。上述方法中，造粒时可优选采用尿素为造粒剂，尿素的加入量为混合粉料总质量的5～20％。另外，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比还进一步优选为1:(2～4)。压力成型时的成型压力还可进一步优选为150～200MPa。

上述的制备方法能够很好的避免压力成型时成型体裂损问题，且可对材料孔径进行有效控制。首先，该方法创造性将构成合金的基础元素Ni的原料粉(Ni粉)分为了第一镍粉和第二镍粉，其中第一镍粉为长条状，第二镍粉为球状或类球状，第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)(优选为1:(2～4))，且第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％，这样，由于第一镍粉为粒度较小的长条状镍粉，具有压制性较好(成型体不易裂损)，烧结后孔径较小的特点，而第二镍粉为粒度较大的球状或类球状镍粉，具有压制性较差(成型体容易裂损)，烧结后孔径较大的特点，将上述第一镍粉与第二镍粉充分混合后，第一镍粉可填充在第二镍粉之间形成的空隙中，一方面起到控制烧结后材料孔径的作用(根据需要的孔径范围调整第一镍粉的比例，例如30％、50％、70％)，一方面改善混合粉料的混合粉料压制性，降低压力成型时成型体裂损几率；另外，第一镍粉粒度较小可增加Ni粉的整体活性，从而降低烧结温度，促进粉末烧结过程中晶粒的流动和发育，且在一定程度上防止烧结致密化。另外，通过压力成型参数的选择进一步优化了针对特定混合粉料的压制性，进一步改善了压力成型的合格率。

实施上述方法的过程中所得到的用于制备粉末烧结多孔过滤合金的预压成型体，构成该预压成型体的粉末颗粒中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，且第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％。所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比进一步优选为1:(2～4)。第一镍粉占Ni粉总质量还可进一步优选为15～50％。

综上所述，上面四种粉末烧结多孔过滤合金的主要共同点在于均为Ni基合金，且在制备工艺上均针对构成该合金的基础元素Ni的原料粉(Ni粉)采取了特别的技术手段。申请人在开发上述前三种粉末烧结多孔过滤合金的过程中，发现用常规的粉末冶金法制备烧结多孔材料的工艺存在烧结致密化、材料渗透率偏低、曲折因子较大等问题，因而远无法达到用作液体过滤时其平均孔径不大于20μm且相对渗透系数不小于0.2m³/m²·kpa·h，用作气体过滤时其平均孔径不大于60μm且相对透气系数不小于80m³/m²·kpa·h的技术要求。通过上述一系列措施，使所得到的粉末烧结多孔过滤合金既能够针对特定过滤体系表现出优异的化学稳定性，同时又达到了良好过滤性能。在开发上述第四种粉末烧结多孔过滤合金的过程中，烧结致密化问题不突出，但发现压力成型时的合格率偏低，预压成形体容易裂损，在采取对Ni粉的处理措施后，预压成形体合格率可大为提高。

另外，通过上述内容还可进一步概括得出一种能够简单有效控制粉末烧结多孔体的孔径尺寸，并能够降低压力成型时成型体裂损几率的粉末烧结多孔体的制备方法以及制备该烧结体的预压成型体。即这种粉末烧结多孔体的制备方法为：步骤包括配料、成型和烧结，配料时针对制备该多孔体的基础原料粉使用形状、大小不同的第一粉体和第二粉体，所述第一粉体相比第二粉体粒度较小且成型时的压制性更好，并且第一粉体占该基础原料粉总质量的10～90％。若多孔体为Ni基合金，则第一粉体为第一镍粉，第二粉体为第二镍粉。由于第一粉体具有压制性较好，烧结后孔径较小的特点(因第一粉体粒度较小)，而第二粉体具有烧结后孔径较大的特点(因第二粉体粒度较大)，将上述第一粉体与第二粉体充分混合后，第一粉体可填充在第二粉体之间形成的空隙中，一方面起到控制烧结后材料孔径的作用(根据需要的孔径调整第一粉体的比例，例如30％、50％、70％)，一方面改善混合粉料的压制性，降低压力成型时成型体裂损几率，另外，第一粉体粒度较小可增加基础原料粉的整体活性，从而降低烧结温度，促进粉末烧结过程中晶粒的流动和发育，且在一定程度上防止烧结致密化。

该粉末烧结多孔体的制备方法中的一种优选具体方式为：所述第一粉体为长条状，所述第二粉体为球状或类球状，所述第一粉体与第二粉体的粒度之比为1:(1.2～5)。其中长条状的第一粉体即具有成型时压制性更好的特点，而球状或类球状的第二粉体的堆积空隙较大，烧结孔隙率更高；将第一粉体与第二粉体的粒度之比设定为1:(1.2～5)，可更好的确保混合粉料的压制性和孔径控制的准确性。其中第一粉体与第二粉体的粒度之比进一步优选为1:(2～4)。此外，第一粉体可采用电解粉(电解粉的形状即为长条状)，第二粉体可采用雾化粉(雾化粉的形状即为球状或类球状)。当然，长条状的第一粉体并非只能采用电解方式获取，通过其他的粉体制备技术(如氧化还原法)也可获得长条状的第一粉体；球状或类球状的第二粉体并非只能采用雾化方式获取，通过其他已知的粉体制备技术也可获得第二粉体。

实施上述方法的过程中所得到的用于制备粉末烧结多孔体的预压成型体，构成该预压成型体的粉末颗粒中的基础原料粉使用形状、大小不同的第一粉体和第二粉体，所述第一粉体相比第二粉体粒度较小且成型时的压制性更好，并且第一粉体占该基础原料粉总质量的10～90％。其中，进一步的是，所述第一粉体为长条状，所述第二粉体为球状或类球状，所述第一粉体与第二粉体的粒度之比为1:(1.2～5)。

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

下面通过四组实验例对本发明的上述几种粉末烧结Ni基多孔过滤合金的制备方法及由这些方法得到的粉末烧结Ni基多孔过滤合金进行具体说明。通过这些说明，本领域技术人员能够清楚认识到本发明的粉末烧结Ni基多孔过滤合金所具有的突出特点。以下涉及的实验例的编号与对应“试样”的编号一致。

<第一组试验>

第一组试验例的实验例1至12的原料成分及含量(以质量百分比计)见表1。其中，材料用途A指制备的粉末烧结多孔过滤合金用作液体过滤；材料用途B指制备的粉末烧结多孔过滤合金用作气体过滤。第一组试验的实验例1至12中，每个实验例还包括5个相同的实例。

表1——第一组试验例中实验例1至12的原料成分及含量

注：表中“×”表示无此项。

上述实验例1至12中，Ni粉均使用了第一镍粉和第二镍粉。其中，所述第一镍粉选择长条状的电解镍粉，粒度为10～25μm；所述第二镍粉选择为球状或类球状的雾化镍粉，粒度为35～45μm。除Ni粉外的其余原料粉的粒径为-400目。上述粒径根据拟制备的粉末烧结Ni基多孔过滤合金的设计孔径和孔径分布来确定，本领域技术人员能够依据孔径情况的要求进行调整。另外，试验例1－4中，第一镍粉占Ni粉总质量的35％，试验例5－7、9－11中第一镍粉占Ni粉总质量的55％，试验例8、12中第一镍粉占Ni粉总质量的20％。

按表1所列，分别对实验例1至12的原料进行混合。充分混合后，再对实验例1至12的粉料进行造粒，造粒后再进行干燥，干燥温度设定为55℃，干燥时间设定为6小时。试验例1－7、9－11中造粒时采用硬脂酸为造粒剂，硬脂酸的加入量为混合粉料总质量的5％。此处选用硬脂酸的作用和优点为：1)即团聚粉末颗粒，防止成分偏析，其次，具有一定的润滑作用，即压制易成型且易脱模；2)硬脂酸易分解，360-370℃完全分解，且分解产物为CO2、CO、H2O等，易溢出无残留，与基体材料无反应试验例8、12中造粒时采用尿素为造粒剂，尿素的加入量为混合粉料总质量的12％。此处选用尿素的作用和优点为：1)作为发泡剂，提高材料的孔隙率；2)分解温度低(160℃)，且分解产物为氨气和氰酸，会发后留下孔位，且形成开孔。

之后，分别将实验例1至12的粉料装入统一规格的等静压成型模具中，然后将这些模具分别置于冷等静压成型机，在150MPa成型压力下保压60秒，脱模后即制成编号为1至12的管状预压成型体。上述等静压成型结果见表2。从表2中可以看出，仅实验例12的实例3的的预压成型体发现裂损，其余预压成型体均无裂损，等静压成型合格率明显好于现有情况。

表2——等静压成型合格率

实验例编号	实例1	实例2	实例3	实例4	实例5
						1	√	√	√	√	√
2	√	√	√	√	√
						3	√	√	√	√	√
4	√	√	√	√	√
						5	√	√	√	√	√
6	√	√	√	√	√
						7	√	√	√	√	√
8	√	√	√	√	√
						9	√	√	√	√	√
10	√	√	√	√	√
						11	√	√	√	√	√
12	√	√	×	√	√

注：表中“×”表示预压成型体有裂损，不合格；表中“√”表示预压成型体无裂损，合格。

然后，分别选取实验例1至12中其中一个实例的预压成型体并装入烧结舟，再把这些烧结舟置于烧结炉内进行烧结，烧结后随炉冷却，最后再从各烧结舟中取得试样1至12。实验例1至12的烧结制度均包含以下两个阶段。第一阶段为脱脂阶段：烧结温度从室温升至400℃，并保温180分钟；第二阶段为高温烧结阶段：将烧结温度升至1150℃，并保温120分钟；冷却即得到该多孔过滤合金。

试样1至12的过滤性能测试如表3。其中，材料孔隙率和平均孔径的测定采用气泡法；相对渗透系数具体为每平方米过滤面积上，在每kpa(千帕)过滤压差及每小时下的水通量；相对透气系数具体为每平方米过滤面积上，在每kpa(千帕)过滤压差及每小时下的空气通量；材料抗拉强度的测试是将试样1至12按中国国家标准GB7963-87加工为标准试样后通过拉伸机测得。

表3——试验结果

注：表中“×”表示无此项。

试样1至12的化学稳定性测试如表3。其中，腐蚀性测试1以在质量分数为10％的盐酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试2以在质量分数为80％的盐酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试3以在质量分数为60％的磷酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试4以在质量分数为60％的硫酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试5以在质量分数为60％的甲酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试5以在氯化氢气体中使用60天后的失重率(％)来表征。

表4——试验结果

注：表中“×”表示无此项。

<第二组试验>

第二组试验的实验例1至12的原料成分及含量(以质量百分比计)见表5。其中，材料用途A指制备的粉末烧结多孔过滤合金用作液体过滤；材料用途B指制备的粉末烧结多孔过滤合金用作气体过滤。第二组试验的实验例1至12中，每个实验例仅有一个实例。

表5——第二组试验例中实验例1至12的原料成分及含量

注：表中“×”表示无此项。

上述实验例1至12中，Ni粉均使用了第一镍粉和第二镍粉。其中，所述第一镍粉选择长条状的电解镍粉，粒度10～25μm；所述第二镍粉选择为球状或类球状的雾化镍粉，粒度35～45μm。Ni粉外的其余原料粉的粒径为-400目。同样，上述粒径根据拟制备的粉末烧结Ni基多孔过滤合金的设计孔径和孔径分布来确定，本领域技术人员能够依据孔径情况的要求进行调整。另外，试验例1－4中，第一镍粉占Ni粉总质量的35％，试验例5－11中第一镍粉占Ni粉总质量的55％，试验例12中第一镍粉占Ni粉总质量的20％。

按表5所列，分别对实验例1至12的原料进行混合。充分混合后，再对实验例1至12的粉料进行造粒，造粒后再进行干燥，干燥温度设定为55℃，干燥时间设定为6小时。试验例1－11中造粒时采用硬脂酸为造粒剂，硬脂酸的加入量为混合粉料总质量的5％。试验例12中造粒时采用尿素为造粒剂，尿素的加入量为混合粉料总质量的12％。

之后，分别将实验例1至12的粉料装入统一规格的等静压成型模具中，然后将这些模具分别置于冷等静压成型机，在150MPa成型压力下保压60秒，脱模后即制成编号为1至12的管状预压成型体。这些预压成型体均无裂损。

然后，分别将实验例1至12中的预压成型体并装入烧结舟，再把这些烧结舟置于烧结炉内进行烧结，烧结后随炉冷却，最后再从各烧结舟中取得试样1至12。实验例1至12的烧结制度均包含以下两个阶段。第一阶段为脱脂阶段：烧结温度从室温升至400℃，并保温180分钟；第二阶段为高温烧结阶段：将烧结温度升至1200℃，并保温120分钟；冷却后即分别得到试样1至12。

试样1至12的过滤性能测试如表6。其中，材料孔隙率和平均孔径的测定采用气泡法；相对渗透系数具体为每平方米过滤面积上，在每kpa(千帕)过滤压差及每小时下的水通量；相对透气系数具体为每平方米过滤面积上，在每kpa(千帕)过滤压差及每小时下的空气通量；材料抗拉强度的测试是将试样1至12按中国国家标准GB7963-87加工为标准试样后通过拉伸机测得。

表6——试验结果

注：表中“×”表示无此项。

试样1至12的化学稳定性测试如表7。其中，腐蚀性测试1以在质量分数为10％的盐酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试2以在质量分数为10％的硫酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试3以在质量分数为10％的氯化钠溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试4以在质量分数为10％的氯化铁溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试5以在湿氯气中使用60天后的失重率(％)来表征。

表7——试验结果

注：表中“×”表示无此项。

<第三组试验>

第三组试验的实验例1至9的原料成分及含量(以质量百分比计)见表8。其中，材料用途A指制备的粉末烧结多孔过滤合金用作液体过滤；材料用途B指制备的粉末烧结多孔过滤合金用作气体过滤。第一组试验的实验例1至9中，每个实验例仅有一个实例。

表8——第三组试验例中实验例1至9的原料成分及含量

注：表中“×”表示无此项。

上述实验例1至9中，Ni粉均使用了第一镍粉和第二镍粉。其中，所述第一镍粉选择长条状的电解镍粉，粒度10～25μm；所述第二镍粉选择为球状或类球状的雾化镍粉，粒度35～45μm。Ni粉外的其余原料粉的粒径为-400目。上述试验例1－8中，第一镍粉占Ni粉总质量的55％，试验例9中第一镍粉占Ni粉总质量的20％。

按表8所列，分别对实验例1至9的原料进行混合。充分混合后，再对实验例1至9的粉料进行造粒，造粒后再进行干燥，干燥温度设定为55℃，干燥时间设定为6小时。试验例1－8中造粒时采用硬脂酸为造粒剂，硬脂酸的加入量为混合粉料总质量的5％。试验例9中造粒时采用尿素为造粒剂，尿素的加入量为混合粉料总质量的12％。

之后，分别将实验例1至9的粉料装入统一规格的等静压成型模具中，然后将这些模具分别置于冷等静压成型机，在150MPa成型压力下保压60秒，脱模后即制成编号为1至9的管状预压成型体。这些预压成型体均无裂损。

然后，将实验例1至9的预压成型体并装入烧结舟，再把这些烧结舟置于烧结炉内进行烧结，烧结后随炉冷却，最后再从各烧结舟中取得试样1至9。实验例1至9的烧结制度均包含以下两个阶段。第一阶段为脱脂阶段：烧结温度从室温升至400℃，并保温180分钟；第二阶段为高温烧结阶段：将烧结温度升至1200℃，并保温120分钟；冷却后即分别得到试样1至9。

试样1至9的过滤性能测试如表9。其中，材料孔隙率和平均孔径的测定采用气泡法；相对渗透系数具体为每平方米过滤面积上，在每kpa(千帕)过滤压差及每小时下的水通量；相对透气系数具体为每平方米过滤面积上，在每kpa(千帕)过滤压差及每小时下的空气通量；材料抗拉强度的测试是将试样1至9按中国国家标准GB7963-87加工为标准试样后通过拉伸机测得。

表9——试验结果

注：表中“×”表示无此项。

试样1至9的化学稳定性测试如表10。其中，腐蚀性测试1以在质量分数为10％的磷酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试2以在质量分数为30％的磷酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试3以在质量分数为10％的硫酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试4以在质量分数为30％的硫酸溶液中室温浸泡60天后的失重率(％)来表征；腐蚀性测试5以在干燥氯气中使用60天后的失重率(％)来表征。

表10——试验结果

注：表中“×”表示无此项。

<第四组实验例>

第四组试验的实验例1至8的原料成分及含量(以质量百分比计)见表11。其中，材料用途B指制备的粉末烧结多孔过滤合金用作气体过滤。第一组试验的实验例1至8中，每个实验例仅有一个实例。

表11——第四组试验例中实验例1至8的原料成分及含量

注：表中“×”表示无此项。

上述实验例1至8中，Ni粉均使用了第一镍粉和第二镍粉。其中，所述第一镍粉选择长条状的电解镍粉，粒度10～25μm；所述第二镍粉选择为球状或类球状的雾化镍粉，粒度35～45μm。Ni粉外的其余原料粉的粒径为-400目。上述试验例1－8中，第一镍粉占Ni粉总质量的20％。

按表11所列，分别对实验例1至8的原料进行混合。充分混合后，再对实验例1至8的粉料进行造粒，造粒后再进行干燥，干燥温度设定为55℃，干燥时间设定为6小时。试验例1－8中造粒时采用尿素为造粒剂，尿素的加入量为混合粉料总质量的12％。

之后，分别将实验例1至8的粉料装入统一规格的等静压成型模具中，然后将这些模具分别置于冷等静压成型机，在180MPa成型压力下保压60秒，脱模后即制成编号为1至8的管状预压成型体。这些预压成型体均无裂损。

然后，将实验例1至8的预压成型体并装入烧结舟，再把这些烧结舟置于烧结炉内进行烧结，烧结后随炉冷却，最后再从各烧结舟中取得试样1至8。实验例1至8的烧结制度均包含以下两个阶段。第一阶段为脱脂阶段：烧结温度从室温升至400℃，并保温180分钟；第二阶段为高温烧结阶段：将烧结温度升至1300℃，并保温200分钟；冷却后即分别得到试样1至8。

试样1至8的过滤性能测试如表12。其中，材料孔隙率和平均孔径的测定采用气泡法；相对渗透系数具体为每平方米过滤面积上，在每kpa(千帕)过滤压差及每小时下的水通量；相对透气系数具体为每平方米过滤面积上，在每kpa(千帕)过滤压差及每小时下的空气通量；材料抗拉强度的测试是将试样1至8按中国国家标准GB7963-87加工为标准试样后通过拉伸机测得。

表12——试验结果

注：表中“×”表示无此项。

试样1至8的化学稳定性测试如表10。其中，腐蚀性测试1以在400℃干燥氯气下使用30天后的失重率(％)来表征。

表13——试验结果

注：表中“×”表示无此项。

Claims (10)

1.粉末烧结多孔过滤合金，其基本由按质量百分比计21～23.5％的Cr、6～8％的Mo、18～21％的Fe、0～1.5％的W、0～2.5％的Co、0～0.05％的C、0～1％的Si、0～2％的Mn、0～2.5％的Ta或/和Nb、0～5％的Al、0～1.5％的Ti以及余量的Ni构成；用作液体过滤时其平均孔径不大于20μm且相对渗透系数不小于0.2m³/m²·kpa·h，用作气体过滤时其平均孔径不大于60μm且相对透气系数不小于80m³/m²·kpa·h。

2.如权利要求1所述的粉末烧结多孔过滤合金，其特征在于：所述Al元素的质量百分含量为1～5％。

3.如权利要求1所述的粉末烧结多孔过滤合金，其特征在于：所述Ti元素的质量百分含量为0.2～1％。

4.如权利要求1所述的粉末烧结多孔过滤合金，其特征在于：所述Mn元素的质量百分含量为1.5～2.5％。

5.如权利要求1所述的粉末烧结多孔过滤合金，其特征在于：所述Ta或/和Nb元素的质量百分含量为1～2％。

6.权利要求1至5中任意一项权利要求所述的粉末烧结多孔过滤合金的制备方法，其步骤包括：

1)将各元素粉按照设定比例进行混合，其中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，并按第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％的比例加入；

2)将上述混合粉料依次进行造粒、干燥和压力成型，将干燥温度设定为40～60℃，干燥时间设定为4～8小时，然后进行压力成型，压力成型时在120～200MPa成型压力下保压20～80秒，压力成型后得到预压成型体；

3)对预压成型体进行烧结，过程至少包含以下二个阶段：脱脂阶段：烧结温度从室温升至350～450℃，并保温60～300分钟；高温烧结阶段：将烧结温度升至1150～1310℃，并保温60～180分钟；冷却即得到该多孔过滤合金。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：制备用作液体过滤的多孔过滤合金，则造粒时采用硬脂酸为造粒剂，硬脂酸的加入量为混合粉料总质量的2～8％。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：制备用作气体过滤的多孔过滤合金，则造粒时采用尿素为造粒剂，尿素的加入量为混合粉料总质量的5～20％。

9.如权利要求6至8中任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(2～4)。

10.实施权利要求6至9中任意一项权利要求所述方法的过程中所得到的用于制备粉末烧结多孔过滤合金的预压成型体，其特征在于：构成该预压成型体的粉末颗粒中Ni粉使用第一镍粉和第二镍粉，所述第一镍粉为长条状，所述第二镍粉为球状或类球状，所述第一镍粉与第二镍粉的粒度之比为1:(1.2～5)，且第一镍粉占Ni粉总质量的10～90％。