[发明专利]增塑挤压制备红外燃烧器用FeCrAl金属蜂窝载体的方法

说明书

本发明涉及一种增塑挤压制备红外燃烧器用FeCrAl金属蜂窝载体的方法。工艺步骤为：将FeCrAl预合金粉末与稀土添加剂粉末均匀混合；将所得混合粉末放入捏合机，加入水性粘结剂捏合成坯团，然后混炼均匀；将混炼后的坯团放入挤压机，通过带有多根细针的挤压模具挤压出多孔坯体；多孔坯体经干燥后，加热处理以脱除粘结剂，然后进行烧结，即得到整体型的红外燃烧器用FeCrAl金属蜂窝载体。本发明所得的蜂窝材料内部呈现优良的冶金结合，孔壁富含孔洞，具有高的硬度、强度，优异的抗氧化和抗热震性。与现有技术相比，本发明在不改变现有产线的基础上，通过在原料FeCrAl粉末中添加稀土元素实现了净化和活化烧结，改善了烧结体的微观结构和性能，有利于产业化推广。

技术领域

该发明涉及多孔金属材料制备领域，具体涉及一种增塑挤压制备红外燃烧器用FeCrAl金属蜂窝载体的方法。

背景技术

红外燃烧是一种节能、环保的燃烧技术，其核心是红外燃烧板，即蜂窝载体。为了充分发挥红外燃烧的优势并保证足够的使用寿命，要求红外燃烧板：具有大量连通孔供气体流过和燃烧；孔壁和内部富含小孔以提高稳流、降低热导率(回火风险)和增强催化剂附着；板面抗压强度高、耐高温、抗热震。

目前，公知的红外燃烧用的蜂窝载体主要有整体堇青石陶瓷蜂窝载体、金属箔带缠绕式蜂窝载体两种。其中，陶瓷载体稳定性较好，性价比高，易于批量化生产，但存在韧性及抗热震动性差等不足，在使用过程中陶瓷板易炸裂。FeCrAl金属箔带缠绕式蜂窝载体具有强度高、韧性好等优点，但加工工艺复杂，箔带自身光滑与催化剂结合不紧密，且不能稳定燃烧气流；另外，箔带之间的焊点在恶劣的使用环境中易脱落，存在很大隐患。

增塑挤压法采用在金属粉末中添加增塑剂，均匀混合后通过带有多根细钢针的模具挤出成多孔坯体，坯体经干燥、脱粘、烧结后，即可制得金属蜂窝构件。已有报道称研制FeCrAl和不锈钢粉末制备的金属蜂窝载体用于汽车尾气净化处理，但是其要求与作为红外燃烧用不同。红外燃烧时温度更高，可达1100℃，冷热引发的交变应力更大，因此对蜂窝材料的抗氧化和抗热震性要求更高。再者，红外燃烧体要求孔壁内部富含小孔以降低热导率，减少回火等风险，这与汽车尾气处理金属载体要求热导率高不同。

采用文献中报道的增塑挤压法制备的FeCrAl红外发热载体(周芸，粉体增塑挤压-烧结制备金属蜂窝材料的工艺、性能和理论研究，昆明理工大学，2007)，虽然可以成型，但样品在1000℃保温后空冷试验中碎裂(板热震性不过关)，分析表明板内部粉末颗粒表面形成Al₂O₃，导致颗粒之间结合弱。这主要是因为FeCrAl合金粉末颗粒为“鸡蛋壳结构”，即粉末颗粒表面存在一层氧化膜，这层氧化膜强烈阻碍烧结过程的进行，使得烧结FeCrAl合金内部原始颗粒边界明显，合金塑性差，在急冷急热引发的大应力下开裂。另外，在增塑挤压过程中大量使用粘结剂，这些粘结剂多为有机物，它们分解后污染粉末颗粒表面，这也阻碍了后续烧结。从传统的粉末冶金来看，要增加材料内部微孔的数量，可采用松散烧结，或者降低烧结温度、缩短烧结时间，但这导致粉末颗粒结合力弱。如果提高烧结温度或延长烧结时间，虽然提高粉末颗粒结合力，但烧结体孔隙率降低。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述缺陷而提供一种改进的增塑挤压制备红外燃烧器用FeCrAl金属蜂窝载体的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种增塑挤压制备红外燃烧器用FeCrAl金属蜂窝载体的方法，该方法包括如下步骤：

(1)混粉：将FeCrAl预合金粉末与稀土添加剂粉末均匀混合；

(2)捏合、混炼：将步骤(1)所得混合粉末放入捏合机，加入水性粘结剂捏合成坯团，然后混炼均匀；

(3)挤压：将混炼后的坯团放入挤压机，通过带有多根细针的挤压模具挤压出多孔坯体；