[发明专利]多孔金属体

说明书

本发明涉及特别适用作在高氧化和极端热环境下液体和气体的过滤介质的硬质多孔体的制备，它由金属颗粒烧结在一起制得。本发明的优选实施例包含将金属颗粒挤压成能用作内燃机的强腐蚀性废气流滤料的多孔蜂窝状结构体。

商业上已开发了用于多种工业用途的多孔陶瓷体，例如，已使用多孔陶瓷蜂窝结构来过滤柴油机废气流（美国专利号4，329，162）。尽管多孔陶瓷体在这种环境下仍然是一种普遍的、有用的材料，但人们一直希望发展在强氧化气氛下表现出较高机械强度、较高热弹性和较高抗腐蚀性的材料。由于许多金属被认为固有较陶瓷体高的机械强度和抗热冲击性，因此，进行了探索以发展能在极其恶劣环境下，特别是在例如内燃机的废气流这种强氧化气氛下延长工作寿命的多孔金属体。

对于内燃催化转换器技术来说，不锈钢基体是普遍的，美国专利3，788，486提出了使用经烧结的金属粉末，通常它用作多孔滤料。所揭示的是使用奥氏体不锈钢圆柱坯料经加工之后作为滤料结构，但没提到金属粉末的挤压。美国专利4，277，374揭出了铁素体不锈钢的使用，它包括，为改善多孔基体的抗氧化性而添加铝，但没提到挤压。美国专利4，582，677揭示了作为可挤压多孔金属蜂窝结构的100%纯铝、铜、钛或锆金属的使用。

现有技术中粉末制的金属基体存在烧结性能差和/或机械强度低的不足，或者它们具有弱的抗腐蚀性。

本发明的目的首先在于克服现有技术的不足和提供一种表现出金属典型机械强度并能承受内燃机废气系统中固有的热循环和氧化腐蚀的硬质多孔金属体。本发明的基体材料在强腐蚀环境中的稳定性使其能作为一种基体在较弱腐蚀环境中使用而兼具所有上面列举的优点。

由分析成份基本上为至少80%（重量比）铝和铁和不超过约1%从镁和钙所组成组系中选取的碱土金属构成的物体可达到上述目的。因此，本发明基本组成基本上包括分析成份为约50-90%铁（重量）、5-30%铝（重量）和0至不超过约1%镁和/或钙，选择性的添加物包括直至10%锡、直至10%铜和直至10%铬，但锡、铜和铬的总量小于约20%。

正如可被估计到的那样，铁构成该物体的主要结构组分;其较佳浓度百分数为约70-90%，其中最佳浓度范围为75-85%。铝给予了产品中所必需的抗氧化性能，优选范围为约12-16%，最佳为产品含有约14-15%的铝。

镁和/或钙的存在促进了铁-铝组成物的烧结，而且含有镁和/或钙抑制在铝上产生一层Al₂O₃层，在铝上有形成一层10-20的Al₂O₃层的固有倾向;这个层严重地限制了铝颗粒的烧结，实质上金属钙和镁起着氧的受体的作用，因此允许铝和铁很好地烧结成为坚固的整体。

尽管锡的含有是非强制性的，但直到10%锡的存在对促进和增强烧结是有利的;较佳的组成范围为约3-78，最佳为约4-5%。同样，尽管铜的含有是非必要的，但直到10%铜的存在是高度希望的，铜具有抑制锡热折的能力，因为锡不溶于铝，铝和锡颗粒在一起烧结的结果使锡趋向于分离出来，铜的加入限制了这种分离并促进锡在铝-铁系中用作烧结助剂，铜加入的效果几乎可立即被看出;然而，在限制锡分离和有利于锡作为一种助烧结剂上真正的实质性改善在约3%铜时才变得明显，较佳铜含量为约3-8.5%，最佳范围为约5-7%。

直至10%铬的加入看来会增加最终产物的延展性，通常需要至少5%铬以达到显著的改善。

广义来说，制备本发明硬质多孔体的方法包括将铝、铁和镁和/或钙以及可选择加入的锡、铜和/或铬烧结成烧结体，两种进行烧结过程的方法被发现是可行的，说明如下：

第一种方法包含有四个基本步骤：

（a）制备较佳以颗粒形式金属的均匀混合物，

（b）将此混合物与足够数量的有机粘合剂/载体介质混合以制得一种易成形的混合料。

（c）将此混合料形成所希望结构的形体;并

（d）将此形体在基本无氧化气氛下烧至温度约1000℃-1400℃并保持一段足够长的时间以蒸发多余的镁和/或钙，并将颗粒烧结成所希望孔隙率的最终形体。

如果希望的话，可通过将粉末混和入粘合剂/载体介质以形成一种均质的混和料而使步骤（a）和（b）合并。