專利名稱：利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本方法涉及利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方法。是對(duì)現(xiàn) 有技術(shù)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
制備鐵鋁合金多孔材料的方法是目前倍受人關(guān)注的課題。特別是隨著目前高速發(fā) 展的現(xiàn)代化工業(yè)，帶來的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染越來越嚴(yán)重。大量的含塵高溫氣體，煤氣、燃 氣、煙氣，已經(jīng)形成對(duì)人類生存的威脅。高污染產(chǎn)業(yè)，鋼鐵、熱電、各色爐窯，形成主要的污 染源。治理污染的凈化過濾和除塵工藝或系統(tǒng)中所用傳統(tǒng)工藝和設(shè)備，受到材料特性的限 制已經(jīng)完全不能適應(yīng)節(jié)能降耗的形勢要求。解決高性能的多孔材料早已經(jīng)引起科學(xué)界的重 視。鐵鋁基金屬間化合物微孔過濾材料的研究已經(jīng)成為關(guān)注的研究對(duì)象。FeAI基金屬間化 合物由于其良好的耐熱性、優(yōu)良的機(jī)械性能和優(yōu)異的高溫抗氧化和抗硫腐蝕性能近年來受 到了世界各國材料研究工作者更多的關(guān)注和應(yīng)用研究。特別是對(duì)高溫含塵直接凈化除塵不 但可以節(jié)約環(huán)境保護(hù)的成本而且為節(jié)約能源和循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的發(fā)展十分重要?，F(xiàn)有技術(shù)中目前存在的關(guān)鍵不僅僅需要高性能過濾材料，更需要的是產(chǎn)生穩(wěn)定可 靠性能的同時(shí)，具有簡單易行的生產(chǎn)過程和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的生產(chǎn)成本。二十世紀(jì)九十年代后期， 針對(duì)陶瓷過濾材料存在抗熱震性不好、可靠性不高等問題，西方一些國家開展了具有金屬 性質(zhì)的多孔過濾材料的研究和開發(fā)。FeAI合金材料抗高溫氧化、耐硫腐蝕性能突出，適合高 溫除塵環(huán)境的應(yīng)用，在鋼鐵、發(fā)電系統(tǒng)引起了廣泛關(guān)注，開展了對(duì)FeAI合金的深入研究。研究結(jié)果現(xiàn)有技術(shù)中基本形成了兩個(gè)工藝路線。一個(gè)是北京安泰科技的真空熔煉鐵鋁制粉、分級(jí)混合、冷壓成形、高溫?zé)Y(jié)的方法。一個(gè)是中南大學(xué)的鐵鋁粉分級(jí)后直接混 合，冷壓成形、保溫處理、高溫?zé)Y(jié)。最終形成具有金屬特性的多孔材料。采用金屬粉末材 料直接獲得所需多孔結(jié)構(gòu)可以解決初步加工問題。前者方法生產(chǎn)的的產(chǎn)品強(qiáng)度高，抗高溫 氧化性和抗硫腐蝕性能優(yōu)異，過濾效率高、運(yùn)行阻力低、工藝穩(wěn)定、易于反吹清洗再生、壽命 長。鐵鋁基金屬間化合物微孔過濾材料具有實(shí)際應(yīng)用的可能。但生產(chǎn)中需要借助真空感應(yīng) 爐中進(jìn)行熔煉，采用高壓水霧化制粉導(dǎo)致生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高效率低。大大限制了材料的 應(yīng)用領(lǐng)域。中南大學(xué)的技術(shù)方案采用了價(jià)格便宜的鐵鋁粉原料直接混配冷靜壓成形，工藝 簡單使實(shí)用。但是，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，在鋁元素向鐵元素團(tuán)中擴(kuò)散的過程是一個(gè)快速的放熱 過程，不僅僅可以形成有應(yīng)用價(jià)值的孔隙，還很容易形成連鎖式反應(yīng)擴(kuò)散造成局部孔隙擴(kuò) 展形成為裂紋、形成表面的開裂和內(nèi)部的瑕疵。也可能導(dǎo)致明顯的形變和孔隙不均勻。所 導(dǎo)致的結(jié)果是質(zhì)量難以控制，成品率過低、表面質(zhì)量不一至。本申請中的附圖2中就表現(xiàn)了 以上的現(xiàn)象。這一技術(shù)缺陷導(dǎo)致了產(chǎn)品質(zhì)量的不可控因素。為了克服以上的技術(shù)缺陷，不 得不限制鐵粉和和鋁粉的粒度尺寸，減緩燒結(jié)時(shí)溫度上升的速度。即使如此也無法徹底解 決產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。加大了生產(chǎn)成本，形成推廣應(yīng)用中最大的質(zhì)量和價(jià)格障礙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)新的利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔 材料的方法。該方法是對(duì)現(xiàn)有的工藝將含鐵鋁成分的粉末按照設(shè)計(jì)的重量組分比混合后， 首先借助于模壓成形工序制成片狀或成形坯，壓力控制在50 300MPa，或采用冷等靜壓制 備管狀型坯，保溫均質(zhì)后，再采緩升溫?zé)o壓燒結(jié)工藝，在950 1250°C下，完成燒結(jié)，氣氛為 氫氣或分解氨、或者采用真空燒結(jié)實(shí)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)的定型，所進(jìn)行的重大改進(jìn)，是克服現(xiàn)有技 術(shù)的缺陷，擺脫質(zhì)量、原料和廢品率高的困擾，以簡單、高效、低成本的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)鐵鋁合 金多孔材料的生產(chǎn)的關(guān)鍵。
本方法所采用的技術(shù)方案中，粉末包括粒度不大于500 μ m的鐵粉和鋁粉，按照重 量百分比86-41% Fe和14 59% Al均勻混合，采用等靜壓或模壓成形，抗氧化的保護(hù)氣 氛或真空下燒結(jié)，關(guān)鍵的工藝改進(jìn)在于本方法在成形前對(duì)鐵粉和鋁粉的混合粉末進(jìn)行了加 熱預(yù)處理工序。以上所說的加熱預(yù)處理工序是指鐵、鋁基礎(chǔ)原料在加工成形之前進(jìn)行的。之所以 首先進(jìn)行預(yù)熱前處理，在于能夠通過成形前的預(yù)加熱，使鐵粉和鋁粉間提前完成產(chǎn)生熱量 反應(yīng)過程。在這個(gè)過程中，？412、？6415』413經(jīng)歷了鐵鋁間擴(kuò)散的過程，完成了放熱反應(yīng) 的激烈階段、實(shí)現(xiàn)了鐵和以上鐵鋁合金的混合形態(tài)。新生成的中間產(chǎn)物是鐵、和鐵鋁化合物 的混合物，并在預(yù)加熱的過程中釋放了潛能。在燒結(jié)定型的工序中威脅已被大大地弱化，產(chǎn) 生形體缺陷的基礎(chǔ)被限制在極小的范疇內(nèi)，從而保證了質(zhì)量有利于以后的實(shí)現(xiàn)均質(zhì)的生產(chǎn) 過程。同時(shí)由于以上的措施，作為參加反應(yīng)的基本原料顆粒也不再需要嚴(yán)格的粒度限制， 大大有利于降低成本，以生成各種檔次、規(guī)格的鐵鋁合金多孔材料，更廣泛的適應(yīng)市場的需 要。以上所述是本發(fā)明產(chǎn)生的積極效果。


圖1采用本發(fā)明的方法所制造的產(chǎn)品樣塊外觀形態(tài)照片。圖2是與圖1樣品具有相同的鐵、鋁組分含量，采用現(xiàn)有工藝方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品樣 塊外觀形態(tài)照片。本方法制造的產(chǎn)品外形規(guī)范工整，沒有任何變形和龜紋。使用現(xiàn)有工藝方法，不加 任何的特別處理外觀嚴(yán)重變形，出現(xiàn)嚴(yán)重的龜裂紋。下面結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的目的是如何實(shí)現(xiàn)的
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施例列表0 :(按照重量百分比) 具體方法或流程應(yīng)當(dāng)包括以下的方法步驟粉末包括粒度不大于500 μ m的鐵粉 和鋁粉，按照重量百分比86-41% Fe和14 59% Al均勻混合，采用等靜壓或模壓成形，抗 氧化的保護(hù)氣氛或真空下燒結(jié)，關(guān)鍵在于本方法在成形前對(duì)鐵粉和鋁粉的混合粉末進(jìn)行了 加熱預(yù)處理工序。重大的關(guān)鍵點(diǎn)在于成形前的基本原料是鋁和鐵粉。直接混合加壓成形是原有技術(shù) 中不可克服的缺陷。成形后的鐵鋁原料并沒有生成穩(wěn)定的形態(tài)。在以后的定型燒結(jié)工序中 任何一點(diǎn)的合金態(tài)的形成均是連鎖式放熱反應(yīng)的開始。劇烈反應(yīng)的放熱過程，導(dǎo)致反應(yīng)速 度的加快和局部體積的擴(kuò)展，非常容易導(dǎo)致坯料在反應(yīng)始點(diǎn)處形成開裂或引起變形、導(dǎo)致 了產(chǎn)品的報(bào)廢。在說明書附圖2中給出了按照現(xiàn)有技術(shù)加工出的產(chǎn)品照片。清楚的表明所 存在的技術(shù)缺陷。以上所說的鐵粉和鋁粉的混合粉在未成形前的加熱預(yù)處理工序的工藝條件是抗 氧化保護(hù)氣氛下或真空下將鐵粉和鋁粉的混合粉末加熱至400-950°C，自然冷卻。以上的基本條件可以保證鐵粉和鋁粉的混合粉經(jīng)過400-950°C的預(yù)加熱處理，已 經(jīng)完成了本發(fā)明目的中的設(shè)計(jì)要求，釋放了引起形體外觀和空隙率均質(zhì)被破壞的潛在能 量?；旌狭现袝?huì)出現(xiàn)部分燒結(jié)的現(xiàn)象可以通過以下的進(jìn)一步處理得到解決。以上的鐵粉和鋁粉的混合粉末在成形前的加熱預(yù)處理工序中還包括對(duì)冷卻后的 混合料進(jìn)行破碎研磨處理，形成有利于成形的混合物料。對(duì)以上混合粉末加熱預(yù)處理及破碎研磨后再采用等靜壓或模壓成形，成形壓力為 50-250MPa。等靜壓或模壓成形的半成品采用抗氧化保護(hù)氣氛或真空下燒結(jié)，燒結(jié)溫度為 950-1280°C，燒結(jié)后自然冷卻。以上所說的利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方法中所說 的用于成形的混合物料完全可以直接用粒徑不大于500 μ m的Fe粉和鐵鋁化合物粉末直接替代。下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。見如下列表實(shí)施例表1 (以下組分按照重量百分比) 實(shí)施例表2 (以下組分按照重量百分比) 實(shí)施例表3 (重量百分比) 實(shí)施例表4 (重量百分比) 實(shí)施例表5 (重量百分比) 實(shí)施例表6 (重量百分比) 實(shí)施例表6 (重量百分比) 參照以上的實(shí)施例所述的粉末為Fe粉和FeAl2粉的混合時(shí)，F(xiàn)e粉和FeAl2粉的重 量百分比為3. 8-71. 8% Fe 粉、96. 2—28. 2% FeAl20參照以上的實(shí)施例所述的粉末為Fe粉和Fe2Al5粉的混合，F(xiàn)e粉和Fe2Al5粉的重 量百分比為14. 6-74. 7% Fe 粉、85. 4-25. 3% Fe2Al50
參照以上的實(shí)施例所述的粉末為Fe粉和FeAl3粉的混合，F(xiàn)e粉和FeAl3粉的重量 百分比為16. 7-76. 6% Fe 粉、83. 3-23. 4% FeAl3O參照以上的實(shí)施例所述的粉末為Fe粉和FeAl2、Fe2Al5粉的混合，F(xiàn)e粉和FeAl2、 Fe2Al5 粉的重量百分比為72-11% Fe 粉、14-34% FeAl2,14-55% Fe2Al50 參照以上的實(shí)施例所述的粉末為Fe粉和FeAl2、FeAl3粉的混合，F(xiàn)e粉和FeAl2、 FeAl3 粉的重量百分比為74-12% Fe 粉、13-34% FeAl2,13-54% FeAl30參照以上的實(shí)施例所述的粉末為Fe粉和Fe2Al5、FeAl3粉的混合，F(xiàn)e粉和Fe2Al5、 FeAl3 粉的重量百分比為75-15% Fe 粉、13-51% Fe2Al5、15-31 % FeAl30參照以上的實(shí)施例所述的粉末為Fe粉和FeAl2、Fe2Al5, FeAl3粉的混合，F(xiàn)e粉和 FeAl2, Fe2Al5, FeAl3 粉的重量百分比為73_13% Fe,5-29% FeAl2,9-29% Fe2Al5,9-29% FeAl3。
權(quán)利要求
一種利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方法，粉末包括粒度不大于500μm的鐵粉和鋁粉，按照重量百分比86-41％Fe和14～59％Al均勻混合，采用等靜壓或模壓成形，抗氧化的保護(hù)氣氛或真空下燒結(jié)，其特征在于本方法在成形前對(duì)鐵粉和鋁粉的混合粉末進(jìn)行了加熱預(yù)處理工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于鐵粉和鋁粉的混合粉在未成形前的加熱預(yù)處理工序的工藝條件是抗氧化保 護(hù)氣氛下或真空下將鐵粉和鋁粉的混合粉末加熱至400-950°C，自然冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于鐵粉和鋁粉的混合粉末在成形前加熱預(yù)處理工序中還包括對(duì)冷卻后的混合 料進(jìn)行破碎、研磨處理，形成成形用混合物料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所說的利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于對(duì)混合粉末加熱預(yù)處理及破碎研磨后的成形用混合物料再采用等靜壓或模 壓成形，成形壓力為50-250MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所說的利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于等靜壓或模壓成形的半成品采用抗氧化保護(hù)氣氛或真空下燒結(jié)，燒結(jié)溫度 為950-1280°C，燒結(jié)后自然冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所說的利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于所說的成形用混合物料直接用粒徑不大于500 y m的Fe粉和鐵鋁化合物粉 末直接替代。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所說的利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于以上所說的鐵鋁化合物粉末是FeAl2、或Fe2Al5、或FeAl3、或以上任意兩種或 三種的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于所述Fe粉末和鐵鋁化合物粉末的混合物是Fe粉末和FeA12粉末的組合，重 量百分比為3. 8-71. 8% Fe 粉、96. 2-28. 2% FeAl2。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用粉末狀物料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于所述的Fe粉末和FeAl化合物粉末的混合物是Fe粉末和Fe2Al5粉末的組 合，重量百分比為14. 6-74. 7% Fe 粉、85. 4-25. 3% Fe2Al5。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用粉末狀物料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于所述的Fe粉和FeAl化合物粉末的混合物是Fe粉末和FeAl3粉末的組合， 重量百分比為16. 7-76. 6% Fe 粉、83. 3-23. 4% FeAl3。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用粉末狀物料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于所述的Fe粉末和FeAl化合物粉末的混合混是Fe粉末與FeAl2、Fe2Al5兩種 粉末的混合，F(xiàn)e粉和FeAl2、Fe2Al5兩種粉的組合的重量百分比為72_11% Fe粉、14_34% FeAl2,14-55% Fe2Al5。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用粉末狀物料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于所述的Fe粉和FeAl化合物粉的混合是Fe粉與FeAl2、FeAl3兩種粉末的混 合，F(xiàn)e粉和FeAl2、FeAl3兩種粉末的重量百分比為74-12% Fe粉、13-34% FeAl2,13-54% FeAl3。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用粉末狀物料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于所述的粉末為Fe粉末和Fe、Al化合物粉末的混合是Fe粉與Fe2Al5、FeAl3 兩種粉末的混合，F(xiàn)e粉和Fe粉末和Fe2Al5、FeAl3粉末的重量百分比為75_15% Fe粉、 13-51% Fe2Al5U5-31% FeAl30
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用粉末狀物料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方 法，其特征在于 所述的Fe粉和FeAl化合物粉末的混合是Fe粉與FeAl2、Fe2Al5、FeAl3三種 粉末的混合，F(xiàn)e粉和FeAl2、Fe2Al5, FeAl3三種粉末混合的重量百比為73_13% Fe,5-29% FeAl2,9-29% Fe2Al5,9-29% FeAl3O
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用粉末狀原料制作鐵鋁金屬間化合物均質(zhì)多孔材料的方法。該方法直接用于生產(chǎn)以鐵鋁金屬間化合物為基礎(chǔ)的多孔材料，或過濾元件。本發(fā)明所述的方法粉末包括粒度不大于500μm的鐵粉和鋁粉，按照重量百分比86-41％Fe和14～59％Al均勻混合，采用等靜壓或模壓成形，抗氧化的保護(hù)氣氛或真空下燒結(jié)，關(guān)鍵在于本方法在成形前對(duì)鐵粉和鋁粉的混合粉末進(jìn)行了加熱預(yù)處理工序。預(yù)處理工序的工藝條件是抗氧化保護(hù)氣氛下或真空下將鐵粉和鋁粉的混合粉末加熱至400-950℃，自然冷卻后粉碎研磨，再燒結(jié)。
文檔編號(hào)C22C1/08GK101838752SQ20091007420
公開日2010年9月22日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者李玉清 申請人:李玉清