鐵基高溫合金多孔材料的制備

燒結(jié)金屬多孔材料是一類具有特殊性能的功能材料，其特點(diǎn)是內(nèi)部含有大量連通或半連通的孔隙;因其比表面積大可作為過濾材料，廣泛應(yīng)用于冶金機(jī)械、石油化工、能源環(huán)保、原子能等工業(yè)領(lǐng)域，近些年來發(fā)展很快。隨著所應(yīng)用的領(lǐng)域擴(kuò)展到高溫和腐蝕性環(huán)境，就要求所用的金屬多孔材料具有高溫抗氧化、抗腐蝕等性能。Ni-Cr-Al-Fe多孔材料是近年發(fā)展起來的典型材料，它在高溫下具有突出的耐高溫、抗氧化、耐腐蝕性能，特別是耐硫腐蝕性能優(yōu)于Fe3Al，且高溫力學(xué)性能優(yōu)異，在850℃下，其屈服強(qiáng)度是多孔Fe3Al的10倍，同時(shí)又具有很好的焊接性能?！　?/p>

　　但是，由于原料鎳的成本較高，能否用一種耐氧化、抗腐蝕的鐵基高溫合金代替鎳制備多孔材料，以降低制備成本，就成為該領(lǐng)域的一個(gè)新課題。我國(guó)中南大學(xué)粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以Fe-Cr-W-Ti-Y合金粉末為原料，添加Fe/Al球磨混合粉末，利用克根達(dá)耳效應(yīng)和Fe、Al反應(yīng)造孔制備出了鐵基高溫合金多孔材料。他們將鐵粉和鋁粉按原子比為3：1的配比配粉，然后進(jìn)行球磨，球料比為5：1，球磨8小時(shí)后得到Fe/Al混合粉。向Fe-14Cr-3W-0.5Ti-0.5Y(質(zhì)量分?jǐn)?shù))合金粉中加入一定量的的Fe/Al混合粉，在400 MPa的壓力下壓制成壓坯。真空封管后放入箱式爐中，以15℃/min的升溫速率升至600℃，保溫一定時(shí)間，然后以相同的升溫速率再升至1000℃，保溫至燒結(jié)完成。

　　試驗(yàn)證明，F(xiàn)e/Al混合粉含量小于15%時(shí)，燒結(jié)坯的開孔隙率隨Fe/Al混合粉含量增加而遞增;在Fe/Al混合粉含量達(dá)到15%時(shí)，開孔隙率達(dá)到最大值33%。繼續(xù)增加Fe/Al混合粉含量反而使燒結(jié)坯的開孔隙率下降。

　　傳統(tǒng)粉末冶金燒結(jié)制備的多孔材料，其孔隙主要是通過原料粉末間隙以及預(yù)置造孔劑的脫除而形成。這種方法制備出來的多孔材料存在孔結(jié)構(gòu)的可控性較差，造孔劑的添加與脫除易造成材料和環(huán)境污染等缺點(diǎn)。中南大學(xué)所采用的制備方法則有所不同，其孔隙的產(chǎn)生有多方面的機(jī)制：(1)試樣在壓制過程中，顆粒間存在許多孔隙;(2)隨著燒結(jié)溫度的升高，在固態(tài)下，由于Fe與Al本征擴(kuò)散系數(shù)的差異引起克根達(dá)耳效應(yīng)而產(chǎn)生孔隙;(3)在溫度達(dá)到580℃時(shí)，發(fā)生Fe+Al→Fe2Al5+FeAl+Fe放熱反應(yīng)，并導(dǎo)致體系膨脹使孔隙增加。釋放的熱量還會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)體系溫度升高，在靠近Fe、Al反應(yīng)界面處的Al會(huì)發(fā)生局部熔化，液態(tài)鋁包裹Fe顆粒并與其發(fā)生反應(yīng);液態(tài)鋁的流走，會(huì)在Al顆粒原有位置產(chǎn)生孔隙。另外，F(xiàn)e/Al混合粉末的加入阻礙了Fe-Cr合金粉末燒結(jié)致密化，這也是孔隙率增加的原因之一。鐵基高溫合金多孔材料中的大部分孔隙在生成物顆粒之間產(chǎn)生，多孔體骨架由生成物顆粒構(gòu)成，顆粒之間的界限可構(gòu)成一個(gè)相互連接的網(wǎng)絡(luò)。一定量Al的存在，可在原本相互連接的顆粒界限上實(shí)現(xiàn)孔隙的連通。當(dāng)加入15% Fe/Al混合粉末時(shí)，可得到最大數(shù)量的孔隙。(中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng))