[发明专利]一种多孔单相β-NiAl(Cr)金属间化合物材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔单相β‑NiAl(Cr)金属间化合物材料的制备方法，该方法包括：一、将雾化方法制备的Ni‑16Cr‑xAl合金粉末筛分得到筛分粉末；二；将筛分粉末加压成型制成生坯；三、将生坯真空烧结得到多孔单相β‑NiAl(Cr)金属间化合物材料。本发明采用含有Cr元素的Ni‑16Cr‑xAl合金粉末为原料，提高了产物的抗腐蚀性能，且Cr元素对NiAl基体起到固溶强化的作用，使得产物的相结构只存在均匀的单相β‑NiAl(Cr)，且产物的孔结构和形貌均匀，孔径分布窄无裂纹，有效提高了多孔单相β‑NiAl(Cr)金属间化合物材料的综合强度和过滤分离性能，应用于催化剂载体和过滤材料领域。

技术领域

本发明属于金属多孔材料及其制备技术领域，具体涉及一种多孔单相β-NiAl(Cr)金属间化合物材料及其制备方法。

背景技术

B2结构的长程有序金属间化合物NiAl由于具有低密度(为Ni基高温合金密度的2/3)、高熔点(1638℃)、高热导率(76W/m.K)、耐高温性好、导电率高等优异性能，是理想的汽车尾气净化器载体和微粒捕集器过滤体材料，有望在机动车尾气净化和高温过滤、工业废水处理等方面得到应用。

多孔NiAl金属间化合物材料常用的制备方法主要是元素粉末反应法，该方法将镍粉和铝粉混合后，通过燃烧反应或固相扩散反应来制备NiAl金属间化合物，主要包括自蔓延燃烧法和固体扩散烧结法。

固相互扩散法的基本流程是将金属元素粉末依次均匀混料、压制成形、高温下烧结合成反应，可以通过调整烧结温度、时间参数、成形参数对烧结过程进行控制，获得多孔NiAl金属间化合物。为了提高孔隙率，通常采用在反应过程中同时引入造孔剂的方法,但造孔剂的分解去除过程会对样品造成污染，且如果造孔剂脱除得不彻底会影响材料的抗腐蚀性能和力学性能。造孔剂法工艺简单，通过改变造孔剂种类、形状、粒度及添加量，可以控制多孔材料孔隙的形状和大小，但会因造孔剂的分布不均造成材料孔隙分布不均匀。

燃烧合成是利用化学反应散出的热量来促进本身反应蔓延进行的工艺，所需的合成时间短，点火温度下，Ni、Al元素之间发生反应，同时放出大量的热来维持体系后续反应，最后生成Ni-Al系合金。燃烧合成包括两种模式:自蔓延高温合成(SHS)和热爆合成(TE)。非平衡反应机制的特点决定该方法合成的多孔NiAl金属间化合物材料的相组成主要是Ni₃Al和NiAl，可能有NiA1₃或镍的固溶体存在，从而在反应获得的试样中存在大的横向裂纹，且试样内外表层与心部的孔径分布有较大的差异。因此，采用自蔓延的方法制得的多孔NiAl金属间化合物材料会出现宏观形貌不可控的情况。

由以上两种方法制备的NiAl金属间化合物多孔材料的塑性和韧性差，高温强度不足，不能保证催化剂载体的强韧性、耐热冲击性和热稳定性要求，也不能解决过滤体再生时的热疲劳损坏难题和保证使用寿命。因此，急需寻求新的高强高韧的多孔NiAl金属间化合物的制备方法。

NiAl金属间化合物多孔材料用作高温高压腐蚀性气体的过滤介质，不仅对过滤材料的机械强度和抗热震性能提出了更为苛刻的性能要求，而且对于NiAl金属间化合物多孔材料的腐蚀性能提出了更高的要求。例如，在内燃机尾气过滤领域，其再生性能和NOx和硫化物的耐腐蚀性能等也是重要的指标。综上所述，目前还没有一套完整的制备技术来全面提高NiAl金属间化合物多孔材料的综合性能。因此，寻求新方法制备高耐腐蚀性、高强度、易再生的多孔NiAl金属间化合物材料尤为重要。采用合金化工艺不仅提高了NiAl合金的室温塑性及高温强度，同时还提高了NiAl合金的高温抗氧化性能，孔径和形貌可控的多孔NiAl金属间化合物材料能拓宽多孔金属在高温高压气体过滤分离领域的应用范围，具有重要的意义。因此寻找合适的合金元素对其进行合金化改性，使金属键性较大幅度地提高，是塑化NiAl值得探索的途径。

发明内容