關(guān)于鐵基高溫合金多孔材料
發(fā)布時(shí)間：2020-01-04 來(lái)源： 點(diǎn)擊：885
燒結(jié)金屬多孔材料是一種有著獨(dú)特特性的功能材料，其特性是內(nèi)部帶有大量連通或半連通的孔隙;因?yàn)槠浔砻娣e完全可以作為過(guò)濾材料，廣泛運(yùn)用于冶金設(shè)備、石油化工、能源環(huán)保、原子能等工業(yè)領(lǐng)域，近幾年來(lái)發(fā)展很快。伴隨著所應(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有著高溫抗氧化、抗腐蝕等特性。Ni-Cr-Al-Fe多孔材料是近幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的典型材料，它在高溫下有著顯著的耐高溫、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，另外又有著較好的焊接特性。但是，因?yàn)樵湘嚨某杀据^高，能否用一種耐氧化、抗腐蝕的鐵基高溫合金替代鎳制備多孔材料，以減少制備成本，就成為該領(lǐng)域的另一個(gè)新課題。國(guó)內(nèi)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，使用克根達(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的比例配粉，隨后進(jìn)行球磨，球料比為5：1，球磨8小時(shí)后獲得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400MPa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，隨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混合粉含量低于15%時(shí)，燒結(jié)坯的開(kāi)孔隙率隨Fe/Al混合粉含量增多而增長(zhǎng);在Fe/Al混合粉含量達(dá)到15%時(shí)，開(kāi)孔隙率達(dá)到極值33%。繼續(xù)增多Fe/Al混合粉含量反而使燒結(jié)坯的開(kāi)孔隙率降低。
傳統(tǒng)的粉末冶金燒結(jié)制備的多孔材料，其孔隙主要是通過(guò)原料粉末間隙以及預(yù)置造孔劑的脫除而形成。這類方法制備出來(lái)的多孔材料存在孔結(jié)構(gòu)的可控性比較差，造孔劑的添加與脫除易造成材料和環(huán)境污染等缺陷。中南大學(xué)所采取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(guò)程中，顆粒間存在許多孔隙;
(2)伴隨著燒結(jié)溫度的增高，在固態(tài)下，因?yàn)镕e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)，并致使體系膨脹使孔隙增多。釋放的熱量還會(huì)致使反應(yīng)體系溫度增高，在靠近Fe、Al反應(yīng)界面處的Al會(huì)發(fā)。
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