[发明专利]一种制备铁铝合金多孔材料的方法

说明书

技术领域

本方法涉及借助粉末冶金技术制备铁铝合金多孔材料的方法。是对现有技术的改进。

技术背景

制备铁铝合金多孔材料的方法是目前倍受人关注的课题。特别是随着目前高速发展的现代化工业，带来的能源浪费和环境污染越来越严重。大量的含尘高温气体，煤气、燃气、烟气，已经形成对人类生存的威胁。高污染产业，钢铁、热电、各色炉窑，形成主要的污染源。治理污染的净化过滤和除尘工艺或系统中所用传统工艺和设备，受到材料特性的限制已经完全不能适应节能降耗的形势要求。解决高性能的多孔材料早已经引起科学界的重视。铁铝基金属间化合物微孔过滤材料的研究已经成为关注的研究对象。FeAI基金属间化合物由于其良好的耐热性、优良的机械性能和优异的高温抗氧化和抗硫腐蚀性能近年来受到了世界各国材料研究工作者更多的关注和应用研究。特别是对高温含尘直接净化除尘不但可以节约环境保护的成本而且为节约能源和循环经济领域的发展十分重要。

现有技术中目前存在的关键不仅仅需要高性能过滤材料，更需要的是产生稳定可靠性能的同时，具有简单易行的生产过程和经济实惠的生产成本。二十世纪九十年代后期，针对陶瓷过滤材料存在抗热震性不好、可靠性不高等问题，西方一些国家开展了具有金属性质的多孔过滤材料的研究和开发。FeAI合金材料抗高温氧化、耐硫腐蚀性能突出，适合高温除尘环境的应用，在钢铁、发电系统引起了广泛关注，开展了对FeAI合金的深入研究。

研究结果现有技术中基本形成了两个工艺路线。一个是北京安泰科技的真空熔炼铁铝制粉、分级混合、冷压成形、高温烧结的方法。一个是中南大学的铁铝粉分级后直接混合，冷压成形、保温处理、高温烧结。最终形成具有金属特性的多孔材料。采用金属粉末材料直接获得所需多孔结构可以解决初步加工问题。前者方法生产的的产品强度高，抗高温氧化性和抗硫腐蚀性能优异，过滤效率高、运行阻力低、工艺稳定、易于反吹清洗再生、寿命长。铁铝基金属间化合物微孔过滤材料具有实际应用的可能。生产中需要借助真空感应炉中进行熔炼，采用高压水雾化制粉导致生产工艺复杂、成本高效率低。大大限制了材料的应用领域。中南大学的技术方案采用了价格便宜的铁铝粉原料直接混配冷静压成形，工艺简单使实用。但是，实验运行中发现，在铝元素向铁元素团中扩散的过程是一个快速的放热过程，不仅仅可以形成有应用价值的孔隙，还很容易形成连锁式反应扩散造成局部孔隙扩展形成为裂纹、形成表面的开裂和内部的瑕疵。也可能导致明显的形变和孔隙不均匀。所导致的结果是质量难以控制，成品率过低、表面质量不一至。本申请中的附图2中就表现了以上的现象。这一技术缺陷导致了产品质量的不可控因素。为了克服以上的技术缺陷，不得不限制铁粉和和铝粉的粒度尺寸，减缓烧结时温度上升的速度。即使如此也无法彻底解决产品质量的稳定性。加大了生产成本，形成推广应用中最大的价格障碍。

发明内容

本发明的目的是提供一个新的制备铁铝合金多孔材料的方法。该方法是对现有的工艺：将含铁铝成分的粉末按照设计的重量组分比混合，借助于模压成形制备制成片状或成形坯，压力控制在50～300MPa，或采用冷等静压制备管状型坯，采用无压烧结工艺，950～1250℃，烧结气氛为氢气或分解氨、或者采用真空烧结实现多孔结构的定型，所进行的改进，克服现有技术的缺陷，摆脱质量、原料和废品率高的困扰，以简单、高效、低成本的技术手段实现铁铝合金多孔材料的生产。

本方法所采用的技术方案中，采用含铁铝成分的粉末，按设计的重量组分比混合，采用模压成形制备片状或成形坯，压力控制在50～300MPa，或采用冷等静压制备管状型坯，等静压力控制在50～200MPa；采用无压烧结工艺，950～1250℃，烧结气氛为氢气或分解氨、或者采用真空烧结。关键在于上述的含铁铝成分的粉末包括粒径为300～1μm的Fe粉和粒径为300～1μm的Fe_xAl_y粉，其重量百分比为76.6-3.5％Fe和23.4～96.2％Fe_xAl_y。