一種鐵鉻鋁基多孔金屬材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對高溫含塵煙氣或高溫含微粒流體起過濾作用、且高溫強(qiáng)度優(yōu)良的多孔金屬過濾元件及其制備方法，屬于多孔金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]包括旋風(fēng)收塵、電收塵、布袋收塵與濕法常溫凈化等在內(nèi)的傳統(tǒng)煙氣處理方法，難以直接對高溫?zé)煔膺M(jìn)行過濾；為了解決現(xiàn)有高溫收塵中的問題，專利CN101934177B提出了采用顆粒床進(jìn)行高溫?zé)煔獾膬艋?，但該專利技術(shù)依然難捕集煙氣中的細(xì)顆粒粉塵等缺陷；多孔陶瓷可實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔獾闹苯觾艋淇篃嵴鹦圆畹确矫嫒毕?，?yán)重影響了過濾系統(tǒng)的使用壽命；盡管專利CN10195426B與專利CN101913874B對多孔陶瓷的壽命延長提出了不錯(cuò)的解決方案，但依然無法從根本上改變陶瓷材料所固有的缺陷。目前用在高溫流體領(lǐng)域的過濾材料大多為莫來石或碳化硅的陶瓷過濾板，陶瓷過濾板最大的問題是脆性大、抗熱震性差，另外，難以重復(fù)使用，這不僅導(dǎo)致了需要高溫流體進(jìn)行過濾企業(yè)的生產(chǎn)成本高，而且還造成了陶瓷資源的浪費(fèi)；平板過濾元件的過濾面積小，在使用該材料時(shí)需要頻繁更換，也是使用該類材料時(shí)成本高的另一個(gè)原因所在。
[0003]為了克服陶瓷的缺陷，專利1314477C提供了一種金屬過濾元件，盡管該材料過濾性能優(yōu)良，但由于該材料的過濾面積有限，在制作過濾系統(tǒng)時(shí)需要用到大量的該類金屬過濾元件，從而導(dǎo)致高溫除塵成本較高。
[0004]鐵鉻鋁合金是一類鐵素體合金，因?yàn)槟茉诟邷丨h(huán)境下表面生成一層與基體結(jié)合緊密的致密氧化鋁保護(hù)膜，使其具有耐腐蝕、抗氧化、抗?jié)B碳以及耐磨等優(yōu)點(diǎn)，從而在高溫粉塵或高溫流體過濾及催化載體等方面應(yīng)用前景很大。目前國內(nèi)外也開展了一些采用鐵鉻鋁合金為基體來制備多孔金屬材料的研宄，如:專利CN102286669A首先在聚氨酯海綿等多孔體上噴涂鉻粉和鋁粉，經(jīng)過導(dǎo)電膠浸涂、加溫固化等工序后進(jìn)行電沉積鐵而得到鐵鉻鋁多孔材料；專利CNlOl 172257A制備泡沫鐵鉻鋁是以泡沫形狀金屬(鐵、鎳、銅及其合金等)為基材，在基材的多孔表面進(jìn)行火焰噴涂鐵鉻鋁而得到。這些方法盡管可制備出鐵鉻鋁多孔金屬材料，但存在工藝復(fù)雜、原料成本高等問題；另一方面現(xiàn)有鐵鉻鋁材料在高溫下使用后，由于晶粒長大使其變得易脆，從而影響了這類材料在高溫環(huán)境下的使用壽命。
[0005]針對現(xiàn)有高溫環(huán)境所使用過濾元件所存在過濾面積小、使用壽命短、難循環(huán)使用等方面的問題，本發(fā)明人經(jīng)反復(fù)研宄，發(fā)明了一種高溫環(huán)境使用的多孔金屬過濾元件及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提高一種耐急冷急熱性能好、抗高溫腐蝕性能優(yōu)良、過濾性好、強(qiáng)度高的鐵鉻鋁基多孔金屬材料及制備方法。
[0007]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔金屬材料，包括下述組分，按質(zhì)量百分比組成:
[0008]鋁3-7，
[0009]鉻15-25，
[0010]碳化硅2-10，
[0011]稀土0.03-0.5，余量為鐵。
[0012]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔金屬材料，所述稀土為鑭鈰混合稀土或稀土釔，鑭鈰混合稀土中各組分的質(zhì)量按任意比例配置。
[0013]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔金屬材料，所述多孔金屬材料中包含孔徑為500nm-40um的通孔。
[0014]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔金屬材料的制備方法，包括下述步驟:
[0015]第一步:制備含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊
[0016]根據(jù)設(shè)計(jì)的鐵鉻鋁基多孔金屬材料中碳化硅、稀土的質(zhì)量配比，按同比例放大后的碳化硅、稀土的質(zhì)量比，分別稱取碳化硅粉、稀土，與鐵粉混合得到混合粉末，將混合粉末真空球磨混合均勻后，壓制成型，于1200-1300°C真空燒結(jié)1-3小時(shí)后，隨爐冷卻得到含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊；控制混合粉末中碳化硅粉和稀土的總質(zhì)量與鐵粉質(zhì)量比為1:1-2 ；
[0017]第一.步:制備含碳化娃、稀土的鐵絡(luò)銷基合金徒
[0018]根據(jù)第一步得到的含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊中稀土、碳化硅、鐵的質(zhì)量，按設(shè)計(jì)的鐵鉻鋁基多孔金屬材料各組分配比，配置鋁錠、鉻粉及余量的鐵粉，氬氣保護(hù)氣氛下于2000-2200°C熔煉1-3小時(shí)后，隨爐冷卻得到含碳化硅、稀土的鐵鉻鋁基合金錠；
[0019]第三步:制備粒度在1-1OOum的鐵鉻鋁基合金粉
[0020]將第二步得到的鐵鉻鋁基合金錠破碎后真空球磨至粒度為1-1OOum的鐵鉻鋁基合金粉；
[0021]第四步:燒結(jié)成型
[0022]按質(zhì)量比(8-10): (0.5-2): (0.5-1)分別稱取第三步所制備合金粉、造孔劑、粘接劑，混合均勻，壓制成型后，于惰性氣氛或真空環(huán)境下，以1-3°C /min升溫速率升至600-800°C保溫0.5-2小時(shí)后，以5_10°C /min升溫速率升至1200_1400°C，燒結(jié)0.5_2h，隨爐冷卻，得到鐵鉻鋁基多孔金屬材料。
[0023]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔金屬材料的制備方法，所述造孔劑選自淀粉、尿素、碳銨中的一種，造孔劑的粒度范圍為0.5-40um。
[0024]本發(fā)明一種鐵鉻鋁基多孔金屬材料的制備方法，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥基丙烯纖維素、聚乙二醇、聚乙烯乙醇中的至少一種。
[0025]本發(fā)明所具有的優(yōu)勢分析:
[0026](I)本發(fā)明材料的使用壽命長，特別是在高溫下使用壽命長。這主要是因?yàn)?
[0027]①鐵鉻鋁材料的金屬特性，使其耐急冷急熱性能優(yōu)秀，可保證大壓力下也不會壓碎該過濾元件，這是陶瓷材料難以具備的；抗高溫腐蝕性能優(yōu)良，最高使用溫度可達(dá)1400 0C ；
[0028]②碳化硅與稀土的存在，極大抑制了鐵鉻鋁材料在高溫環(huán)境下的晶粒長大，從根本上解決了鐵鉻鋁材料的高溫脆性問題；
[0029](2)本發(fā)明材料可重復(fù)使用。這主要是因?yàn)?
[0030]①一方面，可以通過反吹等操作，將過濾材料中粉塵微粒吹出來，重新返回使用；另一方面，還可以用堿液、酸液等處理來疏通被堵的孔洞，實(shí)現(xiàn)反復(fù)利用。
[0031]②通過鐵鉻鋁粉末的粒徑選擇和顆粒級配，可以獲得不同孔隙率和孔徑大小的多孔金屬材料，這使本項(xiàng)目技術(shù)可用來生產(chǎn)適應(yīng)于含不同粒徑顆粒流體的過濾；并且，本發(fā)明材料的金屬特性大大提升了材料的傳熱性能，為將該材料的應(yīng)用由過濾拓展到極端環(huán)境的傳熱等領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0032]附圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鐵鉻鋁基多孔金屬材料的SEM圖。
[0033]從附圖1可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1制備的鐵鉻鋁基多孔金屬材料具有明顯的三維連通孔洞，孔隙率達(dá)到62%。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不受此限制。
[0035]實(shí)施例1
[0036]制備的鐵鉻鋁基多孔金屬材料組分，按質(zhì)量百分比為:
[0037]鋁3，鉻18，碳化硅3，鑭鈰混合稀土 0.03，余量為鐵。
[0038]其制備方法，包括下述步驟:
[0039]第一步:制備含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊
[0040]根據(jù)設(shè)計(jì)的鐵鉻鋁基多孔金屬材料中碳化硅3、稀土 0.03的質(zhì)量配比，按同比例5倍放大后的碳化硅的質(zhì)量比為15，稀土的質(zhì)量比為0.15，分別稱取碳化硅粉15公斤、稀土0.15公斤，與15.15公斤鐵粉混合得到混合粉末，將混合粉末真空球磨混合均勻后，壓制成型，于1200-130(TC真空燒結(jié)2小時(shí)后，隨爐冷卻得到含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊；
[0041]第一.步:制備含碳化娃、稀土的鐵絡(luò)銷基合金徒
[0042]根據(jù)第一步得到的含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊中稀土、碳化硅、鐵的質(zhì)量，按設(shè)計(jì)的鐵鉻鋁基多孔金屬材料各組分配比，配置鋁錠15公斤、鉻粉90公斤，余量為鐵粉，氬氣保護(hù)氣氛下于2000-2200°C熔煉2小時(shí)后，隨爐冷卻得到含碳化硅、稀土的鐵鉻鋁基合金錠；
[0043]第三步:制備粒度在1-1OOum的鐵鉻鋁基合金粉
[0044]將第二步得到的鐵鉻鋁基合金錠破碎后真空球磨至粒度為1-1OOum的鐵鉻鋁基合金粉；
[0045]第四步:燒結(jié)成型
[0046]按質(zhì)量比(8-10):(0.5-2):(0.5-1)分別稱取第三步所制備合金粉、造孔劑、粘接劑，混合均勻，壓制成型后，于惰性氣氛或真空環(huán)境下，以1-3°C /min升溫速率升至600-800°C保溫0.5-2小時(shí)后，以5_10°C /min升溫速率升至1200_1400°C，燒結(jié)1.5h，隨爐冷卻，得到鐵鉻鋁基多孔金屬材料。
[0047]造孔劑為淀粉，造孔劑的粒度范圍為