[发明专利]一种铁铝系金属间化合物多孔材料的制备方法

说明书

本发明提供一种铁铝系金属间化合物多孔材料的制备方法，利用粉末烧结及由此引起的原位多重去合金效应制备。该方法以铁粉、铝镁合金粉和镁粉为原料，通过对压坯进行多段升温和保温，协同利用以下两种方法在高真空环境中制备：1）铝镁合金粉在烧结过程中形成的低温瞬时液相与元素铁粉反应，实现铁铝系金属间化合物的低温形成，同时产生原位液相脱合金造孔效应；2）镁组元升华或挥发引发的气相脱合金造孔。铝镁合金粉末在低温形成的瞬时液相与铁产生的脱合金效应加速了铁铝金属间化合物的形成，缩短了烧结周期，且可避免传统造孔剂对铁铝金属间化合物成分的污染。制得的多孔材料孔径在10~100μm之间，开孔隙率和总孔隙率分别可达50%和60%以上。

技术领域

本发明属于合金材料制备技术领域，具体涉及一种铁铝系金属间化合物多孔材料的制备方法。

背景技术

铁铝系金属间化合物是由铁元素与原子百分比介于22.5%~76.5%的铝元素形成的一类具有长程有序结构的特殊二元化合物。根据其晶体结构的不同，铁铝系金属间化合物主要可分为Fe₃Al、Fe₂Al₅、FeAl、FeAl₂及FeAl₃等。铁铝系金属间化合物的特殊结构能够克服传统金属和陶瓷在应用过程中带来的一系列缺陷。与传统金属材料相比，铁铝系金属间化合物具有更加优异的高温机械强度、高温抗氧化性能以及抗酸碱腐蚀性能。与传统的无机陶瓷材料相比，铁铝系金属间化合物具有抗热震性能好以及焊接性能优异等优势。此外，铁和铝元素在地球上的丰度高，价格低廉。当前，随着国民经济的快速发展，钢铁、冶金、煤电、热电、石油化工、水泥、医药化工以及工业玻璃等关系国民经济发展的重要行业在生产过程中会产生大量的损害人居环境和健康的高温含尘烟气和废气。利用铁铝系金属间化合物的上述优异综合性能，制备具有开孔结构的多孔铁铝金属间化合物高温过滤和分离用材料，是解决高温废气处理难题的重要方法，对于节能减排和清洁生产具有重大经济价值和社会效益。

铁铝金属间化合物多孔材料的制备方法主要有反应烧结造孔以及造孔剂法烧结造孔。反应烧结造孔主要是利用铁元素和铝元素之间扩散系数的差异产生的柯肯达尔效应造孔。该造孔方法是目前制备铁铝系金属间化合物最主要的方法。大量公开报道显示，单纯使用该方法造孔，空隙度通常小于60%，较难获得更高孔隙率的铁铝金属间化合物多孔材料。该方法存在的另外一个问题在于，铁元素和铝元素开始发生反应的温度较高，多在550℃以上。由于在铝的熔点以下，铁元素和铝元素之间的反应属于固相扩散反应，反应速度较慢，因此导致了较长的造孔和成分均匀化的周期。通常，元素铁粉和元素铝粉之间的大规模反应造孔往往需要在铝的熔点温度以上（液相能够加速反应的进行），反应造孔温度较高。造孔剂法烧结造孔，主要是利用无机或有机造孔剂和铁、铝等元素粉末或铁铝合金粉末进行预混合，在烧结前利用水或有机溶剂将造孔剂从压坯中脱除完成造孔；或者，使造孔剂在烧结过程中裂解脱除而实现造孔。该方法存在的问题在于，一方面造孔剂的比例不能加入过多，过量的造孔剂会导致压坯在造孔剂脱出后发生坍塌、变形等问题。也就是说，由于无法加入足够的造孔剂，使用该方法制备的铁铝金属间化合物多孔材料的孔隙率会受到较大影响。另外一方面，该方法使用的造孔剂主要有氯化钠颗粒、氯化钙颗粒、PMMA颗粒等，该类造孔剂颗粒在脱除的过程中有可能与铁、铝等元素反应或者无法完全从压坯中去除，会导致造孔剂残留，从而污染铁铝基体，影响烧结多孔材料的物理力学性能。因此，如何同时获得造孔效率高、造孔周期短、且造孔过程对铁铝金属间化合物无污染的高孔隙率的多孔材料是当前亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种铁铝系金属间化合物多孔材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种铁铝系金属间化合物多孔材料的制备方法，将铁粉、铝镁合金粉和镁粉在真空或惰性气氛下混料获得混匀的Fe-Al-Mg三元混合粉末，将所述三元混合粉末压制成型后进行真空烧结。