[发明专利]一种大孔径高孔隙率多孔铁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔金属材料制备技术领域，具体涉及一种大孔径高孔隙率多孔铁及其制备方法。

背景技术

多孔金属材料是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种具有结构和功能双重属性的新型金属材料，广泛应用于很多工程领域。多孔金属材料是一种金属基体中含有一定量的数量、孔径和孔隙率的金属材料。相对于致密金属材料，多孔金属具有诸多优异的特性，如密度小、比表面积大、吸能减震性能好、渗透性好、耐高温、能再生、可加工等特点，广泛应用于航空航天、原子能、电化学、石油化工、冶金、机械、医药、环保等行业的过滤、分离、消音、催化、热交换等工艺中，在海陆空武器装备、通信、轻量化等方面也有着潜在的用途。

铁是地核中的主要物质，也是人们最为熟知的一种金属([1]刘培生，多孔材料引论[M].北京：清华大学出版社，2004)。铁具有高熔点、密度大，延展性和磁性的物理性能。作为多孔金属，多孔铁有如下几种典型的应用：(1)由于多孔铁存在大量的孔洞，在减震减摩领域以及在含油轴承等方面都起着重要的作用；(2)由于多孔铁的抗压缩性能、能量吸收性能及耐高温性能等都优于多孔铝等低熔点多孔金属材料，在汽车制造、船舶制造、高层建筑、桥梁及交通运输等领域均有着更广阔的应用前景；([2]王丹.铁基多孔金属材料的研究现状[J].热加工工艺,2011,40(8):75-83.)(3)用多孔铁制备的过滤净化装置，在汽车尾气等分离净化领域有应用，它既克服了多孔高分子不耐高温，对分离物有选择性的缺点，又弥补了多孔陶瓷脆性高，刚性差的不足([3]吴伟，泡沫铁材料的制备及其性能的研究[D].燕山大学硕士论文，2012)。

目前多孔金属的制备方法大多针对低熔点的多孔金属，而铁的熔点为1535℃，相对较高，制备过程不易控制，制备方法相对较少。然而多孔铁材料相对于其他多孔金属材料具有价格低廉，操作工艺简单，环境污染小，比刚度较高等优势，因此从长远来说是很有经济意义和社会意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大孔径高孔隙率多孔铁及其制备方法，该方法操作简单，实用性强，经该方法制得的多孔铁的孔隙率达85％，孔隙分布均匀，密度小，强度高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种大孔径高孔隙率多孔铁的制备方法，包括以下步骤：

1)将造孔剂与铁粉按照(1～3):(9～7)的质量比，充分混匀，得到混合物料，将混合物料压制成型，得到预压坯体；

2)将预压坯体先用稀酸溶液处理后，再用清水洗净稀酸溶液，最后静置于无水乙醇中溶解去除造孔剂，制得坯体；

3)将经步骤2)处理后的坯体烧结后，冷却，制得大孔径高孔隙率多孔铁。

所述的造孔剂为CO(NH₂)₂颗粒，且该CO(NH₂)₂颗粒的粒径为1mm～2mm。

所述铁粉为细度小于40目的纯铁粉。

所述铁粉在与造孔剂混匀前经预处理，具体操作为：将铁粉先用稀酸溶液清洗，再用清水充分洗净后，在氮气保护氛围下进行干燥，最后用无水乙醇润湿。

步骤1)所述的压制成型是将混合物料置于钢模中在压力机下压制成圆柱形预压坯体，且采用的压力为300MPa～600MPa。

所述钢模在使用前先经稀酸溶液清洗去除钢模表面氧化物，再经碱性溶液中和钢模表面残留的稀酸溶液，最后用无水乙醇将钢模清洗干净后用润滑剂润滑钢模。

所述稀酸溶液为质量分数为5％～30％的盐酸溶液。

步骤3)所述的烧结分两阶段进行，第一阶段将坯体由室温升温至200～300℃，保温1～3h；第二阶段是将坯体继续升温至1000～1200℃后，烧结1～4h。

所述的烧结是将坯体置于高温井式气氛保护电阻炉中，在氮气保护氛围下进行烧结。

该大孔径高孔隙率多孔铁的密度小于4g/cm3，孔隙率为65％～85％，孔径为0.5mm～1.5mm，强度为20～110MPa。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：