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关于铁基高温合金多孔材料

发布时间:2020-01-04 来源: 点击:210

  烧结金属多孔材料是一种有着独特特性的功能材料,其特性是內部带有大量连通或半连通的孔隙;因为其表面积完全可以作为过滤材料,广泛运用于冶金设备、石油化工、能源环保、原子能等工业领域,近几年来发展很快。伴随着所应用的领域扩展到高温和腐蚀性环境,就要求所用的金属多孔材料有着高温抗氧化、抗腐蚀等特性。Ni-Cr-Al-Fe多孔材料是近几年来发展起来的典型材料,它在高温下有着显著的耐高温、抗氧化、耐腐蚀性能,特别是耐硫腐蚀性能优于Fe3Al,且高温力学性能优异,在850℃下,其屈服强度是多孔Fe3Al的10倍,另外又有着较好的焊接特性。但是,因为原料镍的成本较高,能否用一种耐氧化、抗腐蚀的铁基高温合金替代镍制备多孔材料,以减少制备成本,就成为该领域的另一个新课题。国内中南大学粉末冶金国家重点实验室,以Fe-Cr-W-Ti-Y合金粉末为原料,添加Fe/Al球磨混合粉末,使用克根达耳效应和Fe、Al反应造孔制备出了铁基高温合金多孔材料。他们将铁粉和铝粉按原子比为3:1的比例配粉,随后进行球磨,球料比为5:1,球磨8小时后获得Fe/Al混合粉。向Fe-14Cr-3W-0.5Ti-0.5Y(质量分数)合金粉中加入一定量的的Fe/Al混合粉,在400MPa的压力下压制成压坯。真空封管后放入箱式炉中,以15℃/min的升温速率升至600℃,保温一定时间,随后以相同的升温速率再升至1000℃,保温至烧结完成。
  试验证明,Fe/Al混合粉含量低于15%时,烧结坯的开孔隙率随Fe/Al混合粉含量增多而增长;在Fe/Al混合粉含量达到15%时,开孔隙率达到极值33%。继续增多Fe/Al混合粉含量反而使烧结坯的开孔隙率降低。
  传统的粉末冶金烧结制备的多孔材料,其孔隙主要是通过原料粉末间隙以及预置造孔剂的脱除而形成。这类方法制备出来的多孔材料存在孔结构的可控性比较差,造孔剂的添加与脱除易造成材料和环境污染等缺陷。中南大学所采取的制备方法则有所不同,其孔隙的产生有多方面的机制:
  (1)试样在压制过程中,颗粒间存在许多孔隙;
  (2)伴随着烧结溫度的增高,在固态下,因为Fe与Al本征扩散系数的差异引起克根达耳效应而产生孔隙;
  (3)在溫度达到580℃时,发生Fe+Al→Fe2Al5+FeAl+Fe放热反应,并致使体系膨胀使孔隙增多。释放的热量还会致使反应体系溫度增高,在靠近Fe、Al反应界面处的Al会发。
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