[发明专利]通过渗氮实现金属多孔材料孔径调节的方法及该材料的孔结构

说明书

技术领域

本发明涉及对金属多孔材料的化学热处理技术。其中首次提出了以化学热处理来调节金属多孔材料的孔径，从而既保证过滤精度，并可附带改善金属多孔材料的表面性能；此外，本发明还涉及经过化学热处理后的金属多孔材料的孔结构。

背景技术

化学热处理是指将金属工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理的种类繁多，最常见的是渗碳、渗氮以及碳氮共渗。化学热处理的目的一般是提高工件的表面耐磨性、抗疲劳强度以及抗蚀性与抗高温氧化性。“TiAl基合金的表面渗碳行为及其机理，江垚、贺跃辉等，材料研究学报，第19卷第2期，2005年4月”一文探讨了通过渗碳改善TiAl基合金的高温抗氧化性的问题；另外，“TiAl基合金的表面渗碳处理方法，徐强等，热处理技术与装备，第29卷第5期，2008年10月”也提到了类似观点。目前，化学热处理工艺主要应用于改善较致密金属材料的表面性能，但尚未见到在金属多孔材料上的应用。

另一方面，基于金属多孔材料具有渗透性的特点，人们已经开发出了多种以金属多孔材料制成的过滤元件。常见的金属多孔材料有不锈钢、铜及铜合金、镍及镍合金、钛及钛合金等；这类金属多孔材料的可加工性能较好，但抗腐蚀性较差。还有一类金属多孔材料为Al系金属间化合物多孔材料，其主要包括TiAl金属间化合物多孔材料、NiAl金属间化合物多孔材料、FeAl金属间化合物多孔材料；这类金属多孔材料既有可加工性能好的优点，同时又兼具很好的抗腐蚀性。无论是常见的金属多孔材料还是Al系金属间化合物多孔材料，它们都是通过粉末冶金法制造出来的，在其制造过程中，很多因素都会影响金属多孔材料最终的孔径大小，例如，所选用粉末的平均粒度、粒度分布、颗粒形状以及烧结温度等等。

总之，目前来讲，当本领域技术人员为适应不同的过滤要求而去调节金属多孔材料的孔径时，往往只会从粉末冶金工艺的角度来寻找调整的办法，由于对粉末冶金工艺的调整容易改变材料的力学性能，因此通常需要经过大量的试制才能确定出可行的方案；并且可调控的孔径尺寸大小范围有限。

发明内容

本发明旨在提供一种通过化学热处理实现孔径调节的金属多孔材料的孔径调节方法。

为此，本发明的金属多孔材料的孔径调节方法具体是通过将至少一种元素渗入材料的孔而使其平均孔径缩小至一定范围内。当元素渗入金属多孔材料的孔表面后，引起金属多孔材料的孔洞表层发生晶格畸变膨胀，或在孔内表层形成新相层，从而使金属多孔材料上的原有孔洞缩小，以达到调节孔径的目的。因此，本发明这种孔径调节方法比现有孔径调节方法更加方便，且可控性更好；并且，由于本发明仅仅是对材料表面进行的处理，因此不会显著损伤材料力学性能。

考虑一般过滤的需要，本发明的优选方案是通过将至少一种元素渗入材料的孔表面而使其平均孔径缩小至0.05～100μm。

材料平均孔径缩小的量与具体的化学热处理工艺有关。若材料平均孔径缩小量很小，则会降低本发明在孔径调节方面的实际作用；而若材料平均孔径缩小量很大，则可能将金属多孔材料上的原有孔洞封闭，导致过滤通量急剧下降。因此，本发明优选的方案是通过将至少一种元素渗入材料的孔表面而使其平均孔径缩小0.1～100μm。

进一步的，所述金属多孔材料是指Al系金属间化合物多孔材料。作为优选，所述Al系金属间化合物多孔材料是指TiAl金属间化合物多孔材料、NiAl金属间化合物多孔材料、FeAl金属间化合物多孔材料中的一种。

作为优选，所述被渗入元素是指碳、氮、硼、硫、硅、铝、铬中的一种或几种。

本发明对TiAl金属间化合物多孔材料进行渗碳的具体工艺为：先将TiAl金属间化合物多孔材料置于渗碳的活性气氛中，然后在800～1200℃下保温1～12h，同时将炉内碳势控制在0.8～1.0％，最后得到厚度为1～30μm的渗碳层。

本发明对NiAl金属间化合物多孔材料进行渗碳的具体工艺为：先将NiAl金属间化合物多孔材料置于渗碳的活性气氛中，然后在800～1200℃下保温2～10h，同时将炉内碳势控制在1.0～1.2％，最后得到厚度为0.5～25μm的渗碳层。

本发明对FeAl金属间化合物多孔材料进行渗碳的具体工艺为：先将FeAl金属间化合物多孔材料置于渗碳的活性气氛中，然后在800～1200℃下保温1～9h，同时将炉内碳势控制在0.8～1.2％，最后得到厚度为1～50μm的渗碳层。