[发明专利]基于粉末烧结法原位实现高锰铝高强钢多孔化的制备工艺

说明书

本发明涉及一种基于粉末烧结法原位实现高锰铝高强钢多孔化的制备工艺，包括有以下步骤：1)分别称取元素铁粉、元素锰粉、元素铝粉和元素碳粉，在真空状态下将其混合，获得成分分布均匀的混合粉末；2)将混合粉末压制成为原始生坯，所采用的压制方式为模压成型，压制温度为室温；3)将原始生坯进行多温度段保温真空烧结，烧结过程中炉内的真空度≤5x10^‑3Pa，烧结结束后采用真空气淬对所得压坯进行冷却，获得具有开孔隙结构的高锰铝多孔钢。本发明以多孔钢自身的组元进行原位造孔，避免了外加造孔材料对多孔钢母材成分的污染；实现了高孔隙率的高锰铝多孔钢的原位制备；为高温下锰在烧结体内部升华造孔提供保障。

技术领域

本发明属于多孔金属材料制备领域，尤其涉及一种基于粉末烧结法原位实现高锰铝高强钢多孔化的制备工艺。

背景技术

在高强钢家族中，高锰铝高强钢具有高强韧性、低密度和低成本等优势，是近年来汽车用钢领域的研究前沿和热点。但与铝、镁等轻质合金相比，高锰铝高强钢仍存在本征密度大的缺点，不利于汽车轻量化的实现。开发高锰铝多孔钢，能够综合发挥多孔结构和高强钢各自的性能优势，是实现汽车轻量化的重要措施。多孔结构是实现防冲撞、吸能缓冲和消声减震等功能的理想结构；而高锰铝高强钢的高强韧性、优良的耐热性和可焊接性为提升多孔钢的使用性能提供了保证。因此，开展高锰铝高强钢多孔化制备方法的研究，不仅能够为充分发挥其结构功能一体化的特点提供材料保障，还能有力地推动汽车的轻量化和节能减排，在汽车工业领域拥有广阔的应用前景。目前现有制备多孔钢的方法主要有：溶体发泡法、渗流铸造法、造孔剂烧结法和纤维烧结法等。上述方法存在造孔成本高、造孔效率低或造孔材料污染钢基体等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于粉末烧结法原位实现高锰铝高强钢多孔化的制备工艺，利用高锰铝多孔钢的固有组元造孔，造孔与合金化同步进行，实现了同时兼顾造孔成本、造孔效率以及造孔材料与钢基体的可兼容性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于粉末烧结法原位实现高锰铝高强钢多孔化的制备工艺，包括有以下步骤：

1)分别称取元素铁粉、元素锰粉、元素铝粉和元素碳粉，在真空状态下将其混合，获得成分分布均匀的混合粉末；所述的各原料粉末的质量配比是：Mn 20％-45％、Al 10％-20％、C 0.5％-1.5％、Fe为余量；

2)将混合粉末压制成为原始生坯，所采用的压制方式为模压成型，压制温度为室温；

3)将原始生坯进行多温度段保温真空烧结，烧结过程中炉内的真空度≤5x10^-3Pa，烧结结束后采用真空气淬对所得压坯进行冷却，获得具有开孔隙结构的高锰铝多孔钢。

按上述方案，所述的真空烧结过程中的具体升温和保温工艺是：第一烧结温度段，将原始生坯以5-10℃/min的升温速率从室温加热至630-650℃，保温1-2h；第二烧结温度段，将所得烧结体继续以5-10℃/min的升温速率加热至1200℃，保温1-2h。

按上述方案，所述的真空烧结过程还包括第三烧结温度段，将烧结体继续以5-10℃/min的升温速率加热至1300℃，保温1-2h。

按上述方案，还包括将步骤1)中的混合粉末通过球磨罐高能球磨以达到细化粉末或实现粉末部分合金化的效果。

按上述方案，所述的球磨罐以及采用的磨球材质为硬质合金，球料比为10:1～50:1，采用分析纯酒精作为过程控制剂，球磨时间为5-60h。

按上述方案，步骤2)所述的压制采用压力为100MPa-600MPa。

按上述方案，所述的元素铁粉、元素铝粉和元素锰粉的粒径为5-60μm，元素碳粉的粒径为2-10μm。

按上述方案，所述步骤3)中的真空气淬的介质可选用高纯氮气、氦气+氮气混合气体或者高纯氩气，气淬压力为6-50bar。