鐵基高溫合金多孔材(cái)料(liào)的(de)製備

點擊量:488 發布時間:2017-03-16 作者:快猫视频APP下载安装(上海)增材製造(zào)技術有限公司(sī)
燒結金屬多孔材料是一類具有特殊性能的功能材料,其特點是內部(bù)含有大量連通或半連通的孔隙;因(yīn)其比表麵積大可作為過濾材(cái)料,廣泛應用於(yú)冶金機械、石油化工、能源環保、原子能等工業領域,近些年來發展很快。隨著所應用的領(lǐng)域擴展到高溫和腐蝕性環境,就要求所用的金屬多孔(kǒng)材料具有高溫(wēn)抗氧化(huà)、抗腐蝕等性能。Ni-Cr-Al-Fe多孔(kǒng)材料是近年發展起來(lái)的(de)典型材料,它在高(gāo)溫(wēn)下具有突出的(de)耐高溫、抗氧(yǎng)化、耐腐蝕性能,特別是耐硫腐蝕性能優於(yú)Fe3Al,且高溫力學性能優異,在850℃下,其屈服強度是多孔Fe3Al的10倍,同時又具有很好的(de)焊(hàn)接性能。  
 
  但是,由(yóu)於原料鎳的成本較高,能否用一種耐氧化、抗腐蝕的(de)鐵基高溫合金代替鎳製備多孔材料,以降低製備成本,就成為該領域的一個新課題。我國中南大學粉末(mò)冶金國家重點實驗室,以Fe-Cr-W-Ti-Y合金粉(fěn)末為原料,添加Fe/Al球磨混合粉末,利用克(kè)根達耳效(xiào)應和Fe、Al反應造孔製備出(chū)了鐵基高溫合金多孔材料。他們將鐵粉和鋁粉按原(yuán)子比為3:1的配比配(pèi)粉,然後進行球磨(mó),球料比為5:1,球磨8小(xiǎo)時後(hòu)得到Fe/Al混合粉。向Fe-14Cr-3W-0.5Ti-0.5Y(質量分數)合金粉中加入一定量的的(de)Fe/Al混合粉,在400 MPa的壓力下壓製成(chéng)壓坯。真空封管(guǎn)後放入箱式爐中,以15℃/min的升溫速率升至600℃,保溫一定時間,然後以相同的升溫速(sù)率再升至1000℃,保溫至燒結完成。
 
  試驗證明,Fe/Al混合粉含量小(xiǎo)於15%時(shí),燒結坯的開孔隙率隨Fe/Al混合粉含量增加而遞增;在Fe/Al混合粉含量(liàng)達到15%時,開孔(kǒng)隙率達到最大值33%。繼續增加(jiā)Fe/Al混合粉含量反而使燒(shāo)結坯的(de)開孔隙率下降。
 
  傳(chuán)統粉末冶金(jīn)燒結(jié)製備的多孔材料,其孔隙主要是通過原料粉末間(jiān)隙以及預置造(zào)孔劑的(de)脫除而形成。這種方法製備出來的多孔材料存在孔結構的可(kě)控性較差,造孔劑的添加與(yǔ)脫除(chú)易造成材料和環境汙染等缺點。中南大學所采用的製備方法則有所不同,其孔隙的產生有多方麵的機製:(1)試(shì)樣在壓製過程(chéng)中,顆粒間存在(zài)許多孔隙;(2)隨著燒結溫度的升高,在固態下,由於Fe與Al本征擴散係數的差異(yì)引起克根達耳效(xiào)應而產生孔隙;(3)在溫度(dù)達到580℃時,發生Fe+Al→Fe2Al5+FeAl+Fe放熱反應,並導致體係膨(péng)脹使孔隙增加(jiā)。釋放的熱量(liàng)還會導致反應體係溫度(dù)升高,在(zài)靠近Fe、Al反應(yīng)界麵處的Al會(huì)發生局部熔化,液態鋁包裹Fe顆(kē)粒並與其(qí)發生反應;液態(tài)鋁的(de)流走,會在Al顆(kē)粒原有(yǒu)位置產生孔(kǒng)隙。另外,Fe/Al混合粉末的加入阻礙了Fe-Cr合金粉末燒結致密化,這也是孔隙率增加的原因之一。鐵基高溫合金(jīn)多孔材料中的大部(bù)分(fèn)孔隙在生成物顆粒之間產生(shēng),多孔體骨架由生成物顆粒構成,顆粒之間的界限可構(gòu)成(chéng)一個相互連(lián)接的(de)網絡。一定量Al的存在,可在原本(běn)相互連接的(de)顆粒界限上實現(xiàn)孔隙的連通。當加入15% Fe/Al混合粉末時,可(kě)得到最(zuì)大數量的孔隙。的升溫速率再升至1000℃,保溫至燒結完成。   試驗證明(míng),Fe/Al混合粉含量小於15%時,燒(shāo)結坯的開孔隙率隨Fe/Al混(hún)合粉含量增加而遞增;在Fe/Al混合粉含量達到15%時,開孔(kǒng)隙率達到最大值33%。繼續增加Fe/Al混合粉含量反(fǎn)而使燒結坯的開孔隙率下降。   傳統粉末冶金燒結製(zhì)備的多孔材料,其孔隙主要是通過(guò)原(yuán)料粉末間隙以及預置造孔劑(jì)的脫除而形成。這種方法(fǎ)製備出來的多孔材料(liào)存在孔結構的可控性較差,造孔劑的(de)添加與脫除易造成材料和環(huán)境(jìng)汙染等缺點。中南大(dà)學所采用的製備方法則有所不同,其孔(kǒng)隙的產生有多方麵的機(jī)製:(1)試樣在壓(yā)製過程(chéng)中,顆粒間存在許多孔隙;(2)隨著(zhe)燒結溫度的升高,在固態下,由於Fe與Al本征擴散係數的差異引起克根達耳效應(yīng)而產生孔隙;(3)在溫度達到580℃時,發生(shēng)Fe+Al→Fe2Al5+FeAl+Fe放熱反應,並(bìng)導致體(tǐ)係(xì)膨脹使孔隙增(zēng)加。釋(shì)放的熱量還會導致反應體係溫度升(shēng)高,在靠近Fe、Al反應界麵處的Al會發生局部熔化,液態鋁(lǚ)包裹Fe顆粒並與其發生反應;液(yè)態鋁的(de)流走,會(huì)在Al顆粒原有位置(zhì)產生孔隙(xì)。另外(wài),Fe/Al混合粉末的加入阻礙了Fe-Cr合金粉末燒結致密化,這(zhè)也是孔隙(xì)率增加的原(yuán)因之一。鐵基高溫(wēn)合金(jīn)多孔材料中的大部分孔隙在生成物顆粒之間產生,多孔體骨架由生成物顆粒構成(chéng),顆粒之間(jiān)的界限可構成一個相互連接的網絡。一定量Al的存在,可在原本相互連接的顆粒(lì)界限上實現孔隙的連通。當加入15% Fe/Al混合粉末時,可得到最大(dà)數量的孔(kǒng)隙。
 
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