CN111636064B - 一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Fe‑Al金属间化合物多孔材料的制备方法，包括以下步骤：1.在工业乙醇中加入粘接剂，再加入Fe粉搅拌均匀，配置成稳定的悬浮液，得到浆料；2.采用湿法喷涂的方式使浆料沉积在铝网基体表面，形成膜层并进行干燥处理；3.对上述喷涂有膜层的金属丝网基体进行脱脂、烧结处理，得到Fe‑Al金属间化合物多孔材料。本发明可以有效解决Fe‑Al金属间化合物多孔材料在室温下易发生断裂，室温延展性差，机械强度低的问题。该制备方法工艺简单，成本低，效率高，可用作高温、含硫工况下的气‑固、液‑固等过程工业中的过滤元件。

Description

一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属多孔材料领域，具体涉及一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法。
背景技术
金属多孔过滤材料已广泛应用于冶金，化工，制药，航天，航空等领域，是国民生产中不可缺少的重要材料。从制备工艺和结构上考虑，烧结金属过滤器可分为烧结金属粉末、金属膜、烧结金属毡、烧结金属丝网等。各类型过滤材料在过滤精度、透过量、纳污容量和力学性能(耐压破坏强度、耐高温性能、抗热震性能等)上各有特点，不同的金属过滤器应用于相应的工况条件。结合各类型过滤器本身及其工况应用特点，可以复合制造粉/粉、粉/网、毡/网、毡/粉等复合型过滤元件。通过粉末松装烧结可制造的大透过量的多孔材料，但机械强度较低，对于厚度较小的元件其强度会更低而难于制造。
Fe-Al金属间化合物具有比强度高、高温抗氧化、抗熔盐腐蚀及抗渗碳等优异的性能。在国内，从20世纪80年代开始，西北有色金属研究院、安泰科技股份有限公司等单位对Fe-Al合金多孔材料进行了一系列研究，使其基础理论得到发展。目前，很多研究人员开始关注工业实用化，逐步在航天航空、汽车工业、气体净化等领域取得了一些重要成果。当前，对Fe-Al金属间化合物多孔材料的研究主要集中在制备工艺的优化、成孔机理的探讨、梯度孔的制备、耐腐蚀性提高等方面。制备Fe-Al金属间化合物多孔材料的方法主要有:元素粉末反应法、粉末预合金法、造孔剂法以及热爆法等，在制备的过程中，往往将两种或者多种方法结合在一起使用。Fe-Al多孔材料具有比常规多孔材料更好的性能，将会成为过滤、分离、催化等领域的关键材料，但是Fe-Al在室温下易发生脆性断裂，室温延展性差，采用金属丝网补强可解决强度低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，解决Fe-Al金属间化合物在室温下易发生断裂，室温延展性差，机械强度低的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
步骤一：将Fe粉进行筛分、级配，得到所需粒度区间的纯铁粉末；
步骤二：在工业乙醇中加入粘接剂，再加入步骤一中的Fe粉搅拌均匀，配置成稳定的悬浮液，得到浆料；
步骤三：采用湿法喷涂的方式使浆料沉积在Al网基体表面，形成膜层；喷涂完、带有膜层的铝网再卷制成卷：卷制过程中加入无机纤维氧化铝陶瓷纸进行隔层；然后进行干燥处理；
步骤四：对步骤三种喷涂有膜层的金属丝网基体进行脱脂、烧结处理，得到Fe-Al金属间化合物多孔材料。
本发明的其他特点在于：
所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的Fe粉的粒度为-40目通粉，根据对材料孔径的要求，进行筛分、级配，得到对应粒度区间的喷涂粉末。
所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的粘接剂为聚乙烯醇缩丁醛或酚醛树脂，质量百分含量为3％～9％，固含量根据步骤一中所选用的Fe粉粒度进行调整。
9.所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述金属铝网基体目数为60～200目的单层丝网，具体丝网目数根据步骤一中所选用的Fe粉粒度进行调整；采用无机纤维氧化铝陶瓷纸对卷制的、带有膜层的铝网进行隔层。
所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述脱脂工艺为：在氢气或惰性气体气氛下，以3～10℃/min的升温速率，加热到200～500℃，保温4～6h；所述烧结处理工艺为：在真空或氢气气氛下，以5～10℃/min的升温速率，加热到1100～1250℃，保温1～2h。
所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的Fe-Al金属间化合物可以是Fe3Al、FeAl、FeAl3等金属间化合物中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用粉/网复合制造Fe-Al金属间化合物多孔材料，可以有效解决Fe-Al金属间化合物室温延展性差，粉末烧结Fe-Al多孔材料机械强度低的问题。该制备方法工艺简单，成本低，效率高，可满足工业化应用的要求。
附图说明
图1.喷涂、卷制成卷装置结构示意图；
图2.本发明所涉及的粉/网复合后铝网表面照片；
图3.本发明所涉及的粉/网复合后铁粉表面照片。
附图标记说明：
1、铝网；2、喷枪；3、无机纤维氧化铝陶瓷纸
具体实施方式
实施例1
对铁粉进行筛分，将获得的粒度为-500目的Fe粉按照0.6g/ml的比例与酚醛树脂质量浓度为3％的酚醛树脂乙醇溶液混合，通过机械搅拌配制成悬浮颗粒浆料。采用空气喷涂的方式将悬浮颗粒浆料喷涂在金属铝网基体上，铝网目数为200目，经2次喷涂得到0.2mm厚度的膜层，并在烘箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间2h。在氢气烧结炉高纯度氢气气氛下，以5℃/min的升温速率，加热到350℃，保温4h，然后以5℃/min的升温速率，加热到450℃，保温2h，进行脱脂处理；再以10℃/min的升温速率，加热到1100℃，保温1.5h完成膜层烧结，即得到Fe-Al金属间化合物多孔材料。
实施例2
对铁粉进行筛分，将获得的粒度为200-300目的Fe粉按照0.4g/ml的比例与酚醛树脂质量浓度为9％的酚醛树脂乙醇溶液混合，通过机械搅拌配制成悬浮颗粒浆料。采用空气喷涂的方式将悬浮颗粒浆料喷涂在金属丝网基体上，金属丝网采用Al丝网，目数为100目，喷涂2次得到0.5mm厚度的膜层，并在烘箱中进行干燥，干燥温度60℃，干燥时间2h。在氢气烧结炉高纯度氢气气氛下，以10℃/min的升温速率，加热到350℃，保温2h，然后以10℃/min的升温速率，加热到500℃，保温4h，进行脱脂处理；再以15℃/min的升温速率，加热到1230℃，保温2h完成膜层烧结，最后缓慢冷却至室温，即得到Fe-Al金属间化合物多孔材料。

Claims (6)

1.一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：将Fe粉进行筛分、级配，得到所需粒度区间的纯铁粉末；
步骤二：在工业乙醇中加入粘接剂，再加入步骤一中的Fe粉搅拌均匀，配置成稳定的悬浮液，得到浆料；
步骤三：采用湿法喷涂的方式使浆料沉积在Al网基体表面，形成膜层；喷涂完、带有膜层的铝网再卷制成卷：卷制过程中加入无机纤维氧化铝陶瓷纸进行隔层；然后进行干燥处理；
步骤四：对步骤三种喷涂有膜层的金属丝网基体进行脱脂、烧结处理，得到Fe-Al金属间化合物多孔材料；
步骤三中采用无机纤维氧化铝陶瓷纸对卷制的、带有膜层的铝网进行隔层；
步骤四中所述脱脂工艺为：在氢气或惰性气体气氛下，以3～10℃/min的升温速率，加热到200～500℃，保温4～6h；所述烧结处理工艺为：在真空或氢气气氛下，以5～10℃/min的升温速率，加热到1100～1250℃，保温1～2h。
2.根据权利要求1所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的Fe粉的粒度为-40目通粉，根据对材料孔径的要求，进行筛分、级配，得到对应粒度区间的喷涂粉末。
3.根据权利要求1所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的粘接剂为聚乙烯醇缩丁醛或酚醛树脂，质量百分含量为3％～9％，固含量根据步骤一中所选用的Fe粉粒度进行调整。
4.根据权利要求1所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述金属铝网基体目数为60～200目的单层丝网，具体丝网目数根据步骤一中所选用的Fe粉粒度进行调整。
5.根据权利要求1所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述形成膜层的厚度可以通过湿法喷涂次数进行调整、控制，膜层厚度可控范围为0.1～1mm。
6.根据权利要求1所述的一种Fe-Al金属间化合物多孔材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的Fe-Al金属间化合物可以是Fe3Al、FeAl、FeAl3金属间化合物中的一种或几种。
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