[发明专利]一种多孔Fe-Al金属间化合物涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属间化合物和制造技术领域，特别是提供了一种多孔Fe-Al金属间化合物涂层及其制备方法，是采用新型冷喷涂技术与热处理复合工艺来制备高性能多孔Fe-Al金属间化合物涂层。

背景技术

多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，由于具有比表面积大、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，可实现过滤、分离、节流、催化反应、隔音，隔热，抗震、吸附等多种功能，广泛应用于医药、化工、冶金、海水淡化以及环境保护等各个领域。目前国内外能够工业应用的多孔材料主要有高分子材料、陶瓷材料和金属材料。高分子多孔材料由于存在抗高温高压性能差，不耐有机溶剂，以及抗环境腐蚀性能不足等缺陷，限制了这类材料只能局限于环境较为友好的水处理和生物等领域的应用。陶瓷多孔材料耐高温、高压和耐腐蚀等优异性能，但其力学性能及焊接性能较差，限制了其应用范围。传统多孔金属，如Ti基合金、Ni基合金、以及316L不锈钢等尽管具有良好的力学性能、焊接性能以及抗热震性，但其高温强度低，抗高温氧化及腐蚀性能较差，也限制了此类材料的广泛应用。

Fe-Al系金属间化合物比强度高、抗氧化和抗硫化腐蚀性能优良，且只以Fe和Al这两个基本工业元素为主要原料，与其它高温合金相比更具有成本上的优势，而其韧性又高于普通的陶瓷材料，因此，将Fe-Al系金属间化合物制备成多孔材料有望解决高温腐蚀环境下的过滤难题，在高温抗氧化、抗腐蚀以及高温结构材料等方面都有很大的应用潜力。目前已有的多孔Fe-Al金属间化合物制备方法主要有：原料粉末的粉末冶金烧结法、基于柯肯达尔效应的反应烧结法和热喷涂法等。采用原料粉末冶金烧结法制备多孔材料是基于堆垛粉末间隙造孔，孔结构可控度小，曲折因子大。以Fe、Al粉末为原料，采用传统烧结工艺制备Fe-Al金属间化合物多孔材料，工艺较复杂，且烧结过程中容易发生自蔓延反应导致出现烧结体膨胀，且内部孔洞不易控制。采用热喷涂法制备Fe-Al金属间化合物涂层，工艺简单，方便快捷，但传统热喷涂方法由于使用高温热源，在制备涂层时不可避免地存在一定程度的氧化、相变、分解等问题，导致所得涂层孔隙均匀性和可控性较差，且涂层结合强度较低。因此，研究一种工艺简单、快捷，成本低廉的多孔金属间化合物涂层的制备技术很有必要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种具有微米和亚微米复合孔结构的多孔Fe-Al金属间化合物涂层的材料设计方法并同时提供一种该结构涂层的制备方法。本发明提出的方法有利于控制多孔Fe-Al金属间化合物涂层的孔隙率、孔径和孔隙分布，制备过程不需要添加造孔剂，且不需要高温烧结处理，成本低廉，工艺简单、特别适合工业化推广应用。

本发明为了实现上述目的而采取的技术方案为：

一种多孔Fe-Al金属间化合物涂层及其制备方法，按以下步骤进行：

将平均粒径5～75μm的Fe粉和Al粉，按75～25at.%的Fe和25～75at.%的Al进行配比（at.为原子百分比）；

将上述粉末在惰性气氛保护、低温或真空下进行机械合金化制备内部具有Fe、Al交替分布层状结构的Fe/Al复合合金粉末；

在平板状或棒状基体表面进行喷砂粗化处理；

采用冷喷涂沉积上述粉末，在基体上制备厚度5μm～40mm的多孔Fe/Al复合合金涂层，涂层孔隙率2～30%；

对步骤(4)获得的涂层在真空或惰性气体环境下进行两段式热处理，首先进行低温热处理，温度400～650℃，时间1～6小时，通过粒子内部Fe、Al层状结构间的固态扩散获得亚微米级孔隙，并实现Fe/Al合金转变为Fe-Al金属间化合物，然后继续升高热处理温度至700～950℃，保温时间1～2小时，调控孔隙结构并强化粒子间结合，获得结合强度较高、兼具微米及亚微米复合孔结构的Fe-Al金属间化合物涂层。

本发明的其他特点是：

所述的多孔Fe-Al金属间化合物涂层及其制备方法，涂层孔结构来源于喷涂态涂层中沉积粒子间的孔隙、热处理过程中粒子界面固态偏扩散产生的孔隙以及单个粒子内部Fe、Al层状结构界面反应产生的亚微米孔隙中的一种或几种。

所述的多孔Fe-Al金属间化合物涂层及其制备方法，其特征在于，涂层中微米及亚微米孔隙的尺寸和比例可控；