[发明专利]一种原位生成氮气孔制备孔系功能材料的制备方法

说明书

本发明公开一种原位生成氮气孔制备孔系功能材料的制备方法。在增材制造过程中，碳钢焊丝和周围碳钢材料在电弧热作用下呈熔融态，因氮气在熔融态的碳钢熔池中溶解度有限，碳钢凝固速率快，利用氮气在固相和液相中的溶解度差形成气孔，调节氩气和氮气的不同配比得到不同孔隙大小与分布的材料。本发明在以碳钢材料为基材制备孔系功能材料过程中，实现了以电弧增材制造的方法成功制备孔系功能材料，并且通过调节氮气的量实现不同孔隙大小与分布的工艺方法，从而扩大了焊接电弧增材制造的使用范围。

技术领域

本发明涉及碳钢孔系材料制造领域，特别是涉及一种原位生成氮气孔制备孔系功能材料的制备方法。

背景技术

多孔金属作为隔热、吸声和吸能材料的应用日益受到社会的重视。当前已有数种制造多孔金属的工艺,如对Al-SiC、Al-Al2O3合金熔体鼓吹气体法,往熔融合金中混入发泡剂(TiH2)后进行搅拌法,金属粉与发泡剂固结后加热到半熔融状态(处于发泡剂释放氢气并使材料膨胀的状态)等方法都已获得应用。但是因为氢气易燃、易爆,所以在工业上利用氢气来生产多孔金属显然是不适宜的。因此,利用氮气的技术受到关注,氮在固态铁和液态铁中的溶解度随温度的变化状况,十分类似于氢的情况,氮气在熔炼温度下的液态铁中与在固态铁中的溶解度差也很大。且在Fe- N系统中溶解有氮的铁熔液凝固时就会转变为初生固溶体和氮气相。因此,利用氮在液态与固态金属中的溶解度差,就有可能取代氢气安全地生产多孔铁。

金属多孔材料是一种具有渗透性好、孔径和孔隙可控、形状稳定、耐高温、抗热震、能再生、可加工等特殊性能的功能材料。广泛应用于航空、航天、原子能、石化、冶金、机械、医药、环保等行业的过滤、分离、消音、布气、催化、热交换等工艺中。近年来 ,各领域对绿色材料的需求大大促进了金属多孔材料的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位生成氮气孔制备孔系功能材料的制备方法，在多孔材料制造过程中，向保护气中通入一定量的氮气，利用氮气在固相和液相中溶解度不同，溶解度差很大的特点，通过气体配比器调节氮气与氩气的不同比例来得到不同大小孔隙和分布的多孔材料。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种原位生成氮气孔制备孔系功能材料的制备方法，所述方法包括：

将表面处理干净的低碳钢基材固定在可控制工作台上。

将焊枪的位置调整到基材正下方，并调整好焊丝干伸长距离与焊丝端部距离基材的距离。

打开氮气瓶和氩气瓶，通过气体适配器调节氮气与氩气的气体比例和总气压。

打开可控制工作台的主机，打开March3软件，调入编辑好的G代码程序，进行试运行。

打开双脉冲弧焊机与送丝机，设置电流、慢送丝速度、焊丝直径等各项参数，使得送丝机与焊机匹配，协调工作。

进行起弧，待热输入较稳定时，运行March3中的G 代码程序，进行单道焊接和循环往复的单墙体堆垛。

可选的，在所述打开氮气瓶和氩气瓶，除了通过气体配比器来调节氮气的比例之外，还可以通入一定的大约1%的氧气来改善电弧稳定性。

可选的，所述焊丝为镀铜焊丝。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：原位生成氮气孔制备孔系功能材料的制备方法过程中，氮气在熔融态的碳钢熔池中溶解度有限，碳钢凝固速率快，导致凝固前后有溶解度差，调节氩气和氮气的不同配比就可以得到不同孔隙大小与分布的材料，从而扩大了焊接电弧增材制造的使用范围，为孔系材料的制备提供一种新思路。

附图说明