[发明专利]一种用于金属材料热处理中的空气消耗剂

说明书

本发明公开了一种用于金属材料热处理中的空气消耗剂，它由诱导材料、反应材料和催化剂复配而成，所述诱导材料为La、Ce、Pr、Nd、Sm粉末中的一种或几种；所述反应材料为Mg、Al、Ca粉末中的一种或几种，所述催化剂由Ni或Fe粉末组成；该消耗剂材料配比合理，在高温下，短时间内能协同催化将密闭环境中的活性气体消耗，并且不发生二次分解，能够使得金属材料在热处理过程中始终保持低氧状态，进而获得致密的组织结构和良好的性能。本发明适用于对稀土金属功能材料进行热加工时去除密闭加热设备环境中的空气。

技术领域

本发明属于金属材料热处理领域，涉及一种用于金属材料热处理中的空气消耗剂。

背景技术

在金属材料制备工艺中，热处理是调控材料成分和微观结构的关键工艺步骤，近年来，由于金属功能材料产业的高速发展，对金属功能材料的微观结构和成分提出了越来越高的要求，而金属功能材料的微观结构与其热处理环境及热处理工艺息息相关。

在金属材料热处理工艺中，高真空度是保证金属材料在热处理过程中不发生化学转变的关键因素，这是由于该步骤通常需要较高温度（400℃~1500℃），在该温度范围内，大部分金属材料均能够与空气中的氮气、氧气、二氧化碳气体和水蒸汽发生反应生成相应的化合物，并且在较高温度下，该化合物又可逆向分解为金属单质及对应气体，这种低温合成、高温分解的反应历程会显著影响金属材料微观结构上的稳定性及化学活性，使得金属材料的特定功能性质受到破坏。因此，为了避免空气对金属材料在热处理过程中的影响，通常采用真空化方式将金属材料所处空间环境通过气体输送装置转变成高真空状态。目前，所采用的气体输送装置通常为旋片泵与罗茨泵和扩散泵联用的真空系统，虽然这种常用的真空系统能够将金属材料所处环境气压降低至10^-3Pa，但是由于热处理设备与真空系统连接处通常采用胶圈一次密封，在外界大气压大而设备内真空状态的压差下，难以阻断空气向设备内的扩散，使得金属材料在热处理过程中难以保持低氧及低空气含量的状态，在金属材料的热处理过程中，会与微量的空气进行反应，导致金属热处理过程中相应的晶格缺陷，造成金属材料性能下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种用于金属材料热处理中的空气消耗剂，该消耗剂材料配伍合理，在高温下，短时间内能协同催化将密闭环境中的活性气体（如氮气、氧气和二氧化碳等）消耗，并且不发生二次分解，能够使得金属材料在热处理过程中始终保持低氧状态，进而获得致密的组织结构和良好的性能。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种用于金属材料热处理中的空气消耗剂，它由诱导材料、反应材料和催化剂复配而成，所述诱导材料为La、Ce、Pr、Nd、Sm粉末中的一种或几种；所述反应材料为Mg、Al、Ca粉末中的一种或几种，所述催化剂由Ni和Fe粉末组成。

在本发明中，采用金属镍、铁作为催化剂，使密闭环境中的氮气在其表面分解成活性氮原子后再与诱导材料发生化学反应生成稀土氮化物（由于氮气比较稳定，稀土氮化物的形成是比较困难的），该反应能够提供较为集中的热量，使得空气消耗剂中的反应材料能够由稳定相结构转变为活泼相结构；该过程具备较高的反应活性，而这一具有反应活性的金属又能与诱导材料形成合金体系，在该合金体系下，诱导材料与反应材料协同催化，形成稳定的热平衡体系，即在与空气中的各组分反应时，不会产生过高热量而影响密闭空间内热处理金属材料的温度环境；

本发明中采用诱导材料、反应材料和催化剂复配后，利用不同金属的化学活性，使空气消耗剂中的金属元素能够分阶段、协同催化空气中的氧气、氮气、二氧化碳和水蒸气，反应生成稳定的化合物，并且在工作温度450℃~1100℃下不再因高温因素发生二次分解，保证密闭空间内气压的稳定性。

作为本发明的限定：

所述诱导材料、反应材料及催化剂的重量比为1:0.5~2:0.05；