CN108330333B - 一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法 - Google Patents

一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108330333B
CN108330333B CN201810350895.XA CN201810350895A CN108330333B CN 108330333 B CN108330333 B CN 108330333B CN 201810350895 A CN201810350895 A CN 201810350895A CN 108330333 B CN108330333 B CN 108330333B
Authority
CN
China
Prior art keywords
intermetallic compound
reaction
porous material
compound porous
minutes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810350895.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108330333A (zh
Inventor
江垚
王重贺
贺跃辉
沈波涛
李文浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201810350895.XA priority Critical patent/CN108330333B/zh
Publication of CN108330333A publication Critical patent/CN108330333A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108330333B publication Critical patent/CN108330333B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
    • B22F3/1007—Atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种Ni‑Mn‑Mo‑Si金属间化合物多孔材料，按照重量比，包括：Ni：50‑75份，Mn：10‑20份，Mo：10‑15份，Si：5‑15份。本发明还涉及上述Ni‑Mn‑Mo‑Si金属间化合物多孔材料的制备方法，包括：将Ni、Mn、Mo和Si粉称量后，进行混合，球磨成混合粉末；翻动物料的同时加入硬脂酸酒精溶液，然后在真空干燥箱中干燥，干燥后采用60目筛筛分，取用筛下物；冷压压制；将冷压坯脱脂；放入真空炉中进行三阶段反应烧结；烧结完成后，降至室温。所制备的Ni‑Mn‑Mo‑Si金属间化合物多孔材料质量稳定，具有良好的可重复性，适用于过滤和电极材料等领域。

Description

一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法
技术领域
本发明属于多孔材料技术领域，具体涉及一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法。
背景技术
当前，镍金属多孔材料由于其具有的良好的电化学催化性能，被当作电极材料受到人们的关注和研究。然而，传统的镍金属多孔材料存在刚性较差、耐腐蚀性能不足、电化学催化活性较弱以及抗氧化性能不足等缺点。
Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物，是在镍基合金的基础上，引入金属间化合物形成元素，通过元素粉末反应合成的方式，生成Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料。其中，Ni、Mn之间可以形成高温固溶相，Ni、Mo之间可以形成Ni4Mo、Ni3Mo和NiMo等金属间化合物相，Ni、Si之间可以形成Ni3Si、NiSi和NiSi2等金属间化合物相，Mn、Si之间可以形成Mn3Si、Mn5Si2、Mn5Si3和MnSi等金属间化合物相，Mo、Si之间可以形成Mo3Si、Mo5Si3和MnSi2等金属间化合物相。Ni、Mn、Si三者之间可以形成Mn3Ni2Si三元金属间化合物相，Ni、Mo、Si三者之间可以形成MoNiSi三元金属间化合物相。在Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物的反应合成过程中，存在不同组元之间形成的多种金属间化合物相，有利于粉末之间的烧结过程；同时，在多种金属间化合物相的形成过程中，由于不同元素之间扩散速率的差异将引起Kirkendall效应，从而形成丰富的Kirkendall孔隙；并且，不同物相之间存在的密度的差异，也将引起相变效应形成均匀性良好的相变孔隙。所合成的Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物具有较好的刚性、电化学催化活性、耐腐蚀性性能和抗氧化能力。
在所添加的元素中，Mn元素与Ni能在高温下进行良好的固溶，有利于成分均匀化；同时，Mn元素在氧化后形成MnO2相，具有较好的电化学催化活性。Mo元素的加入可以与Ni形成富镍的金属间化合物相，有利于提高材料的抗腐蚀性能；同时，Mo的加入可以提高材料的电化学催化性能和稳定性。Si元素的加入可以和Ni形成富镍的金属间化合物相，提高材料的抗腐蚀性能和抗氧化性能；同时，Ni和Si之间可以形成低熔点的共晶相，有利于降低材料的烧结温度，从而降低制备能耗。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法，以解决当前镍金属多孔材料存在的刚性较差、耐腐蚀性能不足、电化学催化活性较弱以及抗氧化性能不足等缺点。
一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料，按照重量比，包括：Ni：50-75份，Mn：10-20份，Mo：10-15份，Si：5-15份。
一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料的制备方法，包括以下步骤：
1.混料：将Ni、Mn、Mo和Si粉称量后，进行混合，球磨成混合粉末；
2.加脂：翻动物料的同时加入硬脂酸酒精溶液，然后在真空干燥箱中干燥，干燥后采用60目筛筛分，取用筛下物；
3.压制：采用冷压成形设备对筛下物进行压制，压制压力控制在80-350MPa，获得冷压坯；
4.脱脂：将冷压坯放入氢气气氛炉中进行脱脂，脱脂温度为450-550℃，保温时间60-180分钟，升温速率控制在2-5℃/min，获得脱脂生坯；
5.烧结：将脱脂生坯放入真空炉中进行三阶段反应烧结；
6.冷却：烧结完成后，降至室温。
优选地，步骤1中所述原料在球磨机中进行混合，球磨气氛为真空或惰性气体保护，球料比为1:1-5:1，球磨时间24-96小时。
优选地，步骤2中，所述硬脂酸酒精溶液中的硬脂酸的添加量为粉末总重量的1-3％。
优选地，步骤2采用螺旋拌和机翻动物料，烘干温度70-95℃，时间60-120分钟。
优选地，步骤3中所述压制方式包括模压和冷等静压等。
优选地，步骤5中，所述三阶段反应烧结包括：
第一阶段反应温度为800-850℃，升温速率控制在15-20℃/min，反应烧结时间为180-360分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。在此阶段，Ni、Mn和Si之间发生固相扩散，生成合金固溶体和二元金属间化合物相；同时，由于Ni、Mn和Si扩散速率的差异，在固相扩散过程中形成Kirkendall孔隙。
第二阶段反应温度为900-950℃，升温速率控制在10-15℃/min，反应烧结时间为240-360分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。在此阶段，发生Si元素的充分扩散，通过保温较长的时间来消耗单质Si，以形成硅系金属间化合物。
第三阶段反应温度为960-1000℃，升温速率控制在5-10℃/min，反应烧结时间为30-120分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。高温短时烧结有利于促进材料的成分均匀化，生成最终的Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物，同时进一步形成Kirkendall孔隙和相变孔隙。
优选地，步骤6中，冷却速度控制在10-20℃/min，冷却至室温。
本发明的技术方案实现了以下有益效果：
(1)采用Ni、Mn、Mo和Si粉为原料，利用多组元之间的反应合成工艺生成所需物相，可以利用在反应过程中产生的反应热来进行材料的合成，有利于减少能耗。
(2)通过反应合成制备的Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料具有良好的材料性能和孔结构性能。Mn与Ni能在高温下进行良好的固溶，有利于材料的成分均匀化；同时，Mn在氧化后可以形成MnO2相，具有较好的电化学催化活性。Mo可以与Ni形成富镍的金属间化合物相，有利于提高材料的抗腐蚀性能；同时，Mo的加入可以提高材料的电化学催化性能和稳定性。Si也可以和Ni形成富镍的金属间化合物相，提高材料的抗腐蚀性能和抗氧化性能；同时，Ni和Si之间可以形成低熔点的共晶相，有利于降低材料的烧结温度，从而降低制备能耗。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
采用Ni、Mn、Mo和Si粉为原料，按照如下成分配比混料：Ni：60g，Mn：15g，Mo：10g，Si：15g。将配好的物料放入球磨机进行混合，球磨气氛为惰性气体保护，球料比为3:1，球磨时间48小时。采用螺旋拌和机翻动物料，同时加入10mL硬脂酸酒精溶液，其中硬脂酸2g，完成后在真空干燥箱中干燥，烘干温度90℃，时间60分钟。采用模压设备进行压制，压制压力控制在120MPa。将冷压坯放入氢气炉中进行脱脂，脱脂温度为500℃，保温时间60分钟，升温速率控制在3℃/min。将脱脂生坯放入真空炉中进行三阶段反应烧结。第一阶段反应温度为800℃，升温速率控制在20℃/min，反应烧结时间为240分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。第二阶段反应温度为940℃，升温速率控制在15℃/min，反应烧结时间为300分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。第三阶段反应温度为1000℃，升温速率控制在10℃/min，反应烧结时间为60分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。反应完成后，控制冷却速度15℃/min冷至室温，制备获得Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料。
实施例2
采用Ni、Mn、Mo和Si粉为原料，按照如下成分配比混料：Ni：50g，Mn：20g，Mo：15g，Si：15g。将配好的物料放入球磨机进行混合，球磨气氛为惰性气体保护，球料比为1:1，球磨时间24小时。采用螺旋拌和机翻动物料，同时加入15mL硬脂酸酒精溶液，其中硬脂酸3g，完成后在真空干燥箱中干燥，烘干温度70℃，时间120分钟。采用模压设备进行压制，压制压力控制在80MPa。将冷压坯放入氢气炉中进行脱脂，脱脂温度为550℃，保温时间60分钟，升温速率控制在5℃/min。将脱脂生坯放入真空炉中进行三阶段反应烧结。第一阶段反应温度为800℃，升温速率控制在20℃/min，反应烧结时间为200分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。第二阶段反应温度为900℃，升温速率控制在10℃/min，反应烧结时间为360分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。第三阶段反应温度为960℃，升温速率控制在10℃/min，反应烧结时间为120分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。反应完成后，控制冷却速度10℃/min冷至室温，制备获得Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料。
实施例3
采用Ni、Mn、Mo和Si粉为原料，按照如下成分配比混料：Ni：75g，Mn：10g，Mo：10g，Si：5g。将配好的物料放入球磨机进行混合，球磨气氛为惰性气体保护，球料比为5:1，球磨时间48小时。采用螺旋拌和机翻动物料，同时加入10mL硬脂酸酒精溶液，其中硬脂酸1g，完成后在真空干燥箱中干燥，烘干温度95℃，时间60分钟。采用模压设备进行压制，压制压力控制在350MPa。将冷压坯放入氢气炉中进行脱脂，脱脂温度为450℃，保温时间180分钟，升温速率控制在2℃/min。将脱脂生坯放入真空炉中进行三阶段反应烧结。第一阶段反应温度为850℃，升温速率控制在15℃/min，反应烧结时间为360分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。第二阶段反应温度为950℃，升温速率控制在15℃/min，反应烧结时间为240分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。第三阶段反应温度为1000℃，升温速率控制在5℃/min，反应烧结时间为30分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa。反应完成后，控制冷却速度20℃/min冷至室温，制备获得。
以上仅描述了本发明的较佳实施方式，但本发明并不限于上述实施例。本领域技术人员可以理解的是，能够实现本发明技术效果的任何相同或相似手段，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料，按照重量比，由Ni：50-75份，Mn：10-20份，Mo：10-15份，Si：5-15份组成，其特征在于，所述Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料通过以下方法制备：
(1)混料：将Ni、Mn、Mo和Si粉称量后，进行混合，球磨成混合粉末；
(2)加脂：翻动物料的同时加入硬脂酸酒精溶液，然后在真空干燥箱中干燥，干燥后采用60目筛筛分，取用筛下物；
(3)压制：采用冷压成形设备对筛下物进行压制，压制压力控制在80-350MPa，获得冷压坯；
(4)脱脂：将冷压坯放入氢气气氛炉中进行脱脂，脱脂温度为450-550℃，保温时间60-180分钟，升温速率控制在2-5℃/min，获得脱脂生坯；
(5)烧结：将脱脂生坯放入真空炉中进行三阶段反应烧结，其中，所述三阶段反应烧结包括：
第一阶段反应温度为800-850℃，升温速率控制在15-20℃/min，反应烧结时间为180-360分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa；
第二阶段反应温度为900-950℃，升温速率控制在10-15℃/min，反应烧结时间为240-360分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa；
第三阶段反应温度为960-1000℃，升温速率控制在5-10℃/min，反应烧结时间为30-120分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa；
(6)冷却：烧结完成后，降至室温。
2.根据权利要求1所述的Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料，其特征在于，步骤(1)中的原料在球磨机中进行混合，球磨气氛为真空或惰性气体保护，球料比为1:1-5:1，球磨时间24-96小时。
3.根据权利要求1所述的Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料，其特征在于，步骤(2)中，所述硬脂酸酒精溶液中的硬脂酸的添加量为粉末总重量的1-3％。
4.根据权利要求1所述的Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料，其特征在于，步骤(2)采用螺旋拌和机翻动物料，烘干温度70-95℃，时间60-120分钟。
5.根据权利要求1所述的Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料，其特征在于，步骤(3)中所述压制方式包括模压和冷等静压。
6.根据权利要求1所述的Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料，其特征在于，步骤(6)中，冷却速度控制在10-20℃/min，冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)混料：将Ni、Mn、Mo和Si粉称量后，进行混合，球磨成混合粉末；
(2)加脂：翻动物料的同时加入硬脂酸酒精溶液，然后在真空干燥箱中干燥，干燥后采用60目筛筛分，取用筛下物；
(3)压制：采用冷压成形设备对筛下物进行压制，压制压力控制在80-350MPa，获得冷压坯；
(4)脱脂：将冷压坯放入氢气气氛炉中进行脱脂，脱脂温度为450-550℃，保温时间60-180分钟，升温速率控制在2-5℃/min，获得脱脂生坯；
(5)烧结：将脱脂生坯放入真空炉中进行三阶段反应烧结，其中，所述三阶段反应烧结包括：
第一阶段反应温度为800-850℃，升温速率控制在15-20℃/min，反应烧结时间为180-360分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa；
第二阶段反应温度为900-950℃，升温速率控制在10-15℃/min，反应烧结时间为240-360分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa；
第三阶段反应温度为960-1000℃，升温速率控制在5-10℃/min，反应烧结时间为30-120分钟，真空度控制在10-3-10-2Pa；
(6)冷却：烧结完成后，降至室温。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的原料在球磨机中进行混合，球磨气氛为真空或惰性气体保护，球料比为1:1-5:1，球磨时间24-96小时。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述硬脂酸酒精溶液中的硬脂酸的添加量为粉末总重量的1-3％。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)采用螺旋拌和机翻动物料，烘干温度70-95℃，时间60-120分钟。
11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述压制方式包括模压和冷等静压。
12.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，冷却速度控制在10-20℃/min，冷却至室温。
CN201810350895.XA 2018-04-18 2018-04-18 一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法 Active CN108330333B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810350895.XA CN108330333B (zh) 2018-04-18 2018-04-18 一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810350895.XA CN108330333B (zh) 2018-04-18 2018-04-18 一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108330333A CN108330333A (zh) 2018-07-27
CN108330333B true CN108330333B (zh) 2019-10-29

Family

ID=62934242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810350895.XA Active CN108330333B (zh) 2018-04-18 2018-04-18 一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108330333B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110885936B (zh) * 2018-09-07 2021-07-16 中核新科（天津）精密机械制造有限公司 一种镍基自润滑材料的烧结方法
CN113427002B (zh) * 2021-06-25 2022-06-21 哈尔滨工业大学 一种三维多孔结构的无压烧结制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106191916A (zh) * 2016-07-06 2016-12-07 天津市大陆制氢设备有限公司 一种高效的多孔Ni‑Mo析氢电极及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108330333A (zh) 2018-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106893923B (zh) 一种刀具用多主元合金及其制备方法
CN105057680B (zh) 一种机械合金化铜钨合金粉末的制备方法
CN102127712B (zh) 一种微合金化氧化物弥散强化铁素体钢及制备方法
CN108330333B (zh) 一种Ni-Mn-Mo-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法
CN101134243A (zh) 一种超细或纳米钼铜复合粉末及其合金的制备方法
CN110735077A (zh) 一种AlCrFeNiSiTi高熵合金多孔材料及其制备方法
CN101135011A (zh) AgSnO2电接触材料制备新方法
CN108517442B (zh) 一种Ti-Mn-Si金属间化合物多孔材料及其制备方法
CN104726775A (zh) 一种铁铬铝基多孔合金材料及制备方法
CN110791693B (zh) 低Al含量、高强韧性、耐酸腐蚀的高熵合金及其制备方法
CN104630635A (zh) 一种铁铬铝基多孔金属材料及其制备方法
CN104550965B (zh) 一种连接板用铬基复合材料的制备方法
CN107267893A (zh) 一种添加造孔剂制备准晶多孔材料的方法
CN102690977A (zh) 一种溶液法制备γ′相强化钴基ODS合金的方法
CN102943185A (zh) 一种氧化铝弥散强化铜的制备方法
CN107841765B (zh) 一种锌电积用阳极材料及其制备方法
CN114213124B (zh) 一种中介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN103422001A (zh) 一种铬基合金材料及其制造方法
CN110819860B (zh) 一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途
CN110846690B (zh) 氧化锰-FeSiMnTi金属间化合物基复合多孔电极材料及其制备方法
CN110343888A (zh) 一种高铜-低钨Cu-W复合材料的制备方法
CN105624535A (zh) Fe-Al-Mn-Si合金的制备方法
CN107552796B (zh) 一种由树脂微球堆积制备泡沫金属的方法
CN112301247A (zh) 一种利用钒渣制备氮化钒的方法
CN105063411A (zh) 一种钨铜钴合金粉的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant