一种双孔结构TiAl多孔材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种双孔结构TiAl多孔材料的制备方法，属于钢铁冶金领域。本发明专利技术要解决是现有技术制备TiAl多孔材料孔隙率低、孔径小、孔开孔率低等技术问题。双孔结构TiAl多孔材料的制备方法，包括以下步骤：取钛粉和铝粉，混合均匀，得混合物料a；将混合物料a与造孔剂混合，加入粘接剂，混合均匀，得混合物料b；将混合物料b置入模具中压实成坯，脱模，得生坯；将生坯置于NaOH水溶液中，浸泡后，经洗涤、加热干燥，得多孔的生坯块；将多孔的生坯块在真空条件下，进行烧结，得双孔结构TiAl多孔材料。本发明专利技术制备所得双孔结构TiAl多孔材料孔隙率达67～86％，大孔径为0.3～2.2mm，在过滤分离、隔热散热材料、化学合成等三大领域具有非常可观的应用前景。

Preparation of a double porous TiAl porous material

The invention discloses a preparation method of a double porous structure TiAl porous material, which belongs to the field of iron and steel metallurgy. The invention is to solve the technical problems of low porosity, small pore size and low hole opening rate of TiAl porous material prepared by the existing technology. Preparation method of pore structure of TiAl porous material, which comprises the following steps: titanium powder and aluminum powder, mixing, mixed material a; the mixture of a and pore forming agent, adding adhesive, mixing, mixed material B; B the mixture into a mould compaction into blank, demoulding, was green green; soak in NaOH aqueous solution, after washing, heating and drying, the porous green block; the green block porous under vacuum sintering, have double pore structure of porous materials TiAl. The porous TiAl porous material prepared by the invention has a porosity of 67 to 86% and a large pore diameter of 0.3 to 2.2mm. It has a very promising application prospect in three major fields, including filtration and separation, heat insulation, heat dissipation and chemical synthesis.

【技术实现步骤摘要】
一种双孔结构TiAl多孔材料的制备方法
本专利技术属于粉末冶金制备多孔金属材料领域，具体涉及一种双孔结构TiAl多孔材料的制备方法。
技术介绍
TiAl基金属间化合物是一类新型轻质高温结构材料，密度小于镍基合金的50％，其具有优异的物理和化学性能，如低密度、高比强、高比刚、耐蚀、耐磨、耐高温、耐氧化等，因为TiAl基金属间化合物中，Ti、Al元素大部分以共价键少部分以金属键相连接，因此其具有陶瓷和金属材料共同的优点，使用温度可达700～1000℃，成为航空航天、兵工业以及民用工业等领域优秀的高温结构材料之一，而且兼有优秀的高温强度、隔热性能、高耐腐蚀性能、易加工组装的TiAl金属间化合物多孔材料也成为新的研究热点。TiAl金属间化合物多孔材料可用作高温隔热材料、轻质结构材料、各种酸、碱、盐腐蚀环境下的过滤材料和节流材料，这些都将极大地拓展多孔金属材料的应用领域，TiAl多孔材料在过滤分离、隔热散热材料、化学合成等三大领域具有非常可观的应用前景。例如TiAl多孔材料已经成功用于四氯化钛溶液的过滤净化；Nb-TiAl多孔材料已经成功用于高温隔热材料。目前TiAl多孔材料的制备工艺主要为基于元素粉末烧结，利用Ti、Al元素扩散速率的差异，造成Al原子的扩散引发Kirkendall效应，在合金中形成大量的孔隙，最后升至高温得到多孔的稳定相结构来制备TiAl金属间化合物多孔材料，通过化学反应造孔，孔的微细观组织特征、结构特征可通过调整粉末粒度、Ti、Al配料比、压制压力、烧结温度、保温时间等，制备出孔隙率在20％～60％、孔径<100μm、开孔率<60％的TiAl多孔材料。但目前最突出的问题是，受制于孔隙形成机制和工艺本身的局限性，难以获得高孔隙率(>60％)、大孔径(>100μm)、高开孔率，孔型、孔结构多样的TiAl金属间化合物多孔材料，严重限制了在一些高端领域的应用，如超轻、高孔隙率、大孔径、高渗透性、高隔热环境等，因此，发展新的制备工艺或引入新的造孔源就显得非常必要和迫切。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：现有技术制备TiAl多孔材料孔隙率低、孔径小、孔开孔率低等问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是提供了一种双孔结构TiAl多孔材料的制备方法，该方法包括以下步骤：A、取钛粉和铝粉，混合均匀，得混合物料a；B、将混合物料a与造孔剂混合，加入粘接剂，混合均匀，得混合物料b；C、将混合物料b置入模具中压实成坯，脱模，得生坯；D、将步骤C所得生坯置于NaOH水溶液中，浸泡后，经洗涤、加热干燥，得多孔的生坯块；E、步骤D所得多孔的生坯块在真空条件下，进行烧结，得双孔结构TiAl多孔材料。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤A中，所述钛粉和铝粉的质量比为48:52～37:63。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤A中，所述钛粉的粒径为10～30μm，形状为不规则多边形。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤A中，所述铝粉的粒径为20～30μm，形状为球形或近球形。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤A中，还包括取直径为3～8.5mm的硬质合金球，与钛粉、铝粉混合，混合均匀后，将硬质合金球取出。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤A中，所述硬质合金球的质量与钛粉和铝粉的总质量比为5:1～10:1。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤B中，所述混合物料a与造孔剂的体积比为2～4：8～6。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤B中，所述造孔剂为尿素、碳酸氢铵、NaCl、NaF或K2CO3中的至少一种。优选的，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤B中，所述造孔剂为尿素，尿素的形状为球形和不规则形，尿素的粒径为0.4～2.5mm。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤B中，所述粘接剂的加入量为混合物料b质量的2～3％。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤B中，所述的粘结剂为无水乙醇。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤C中，所述压实成坯的条件为：压力为150～250MPa，保压时间为1～3min。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤D中，所述NaOH水溶液的浓度为0.001～0.003mol/L。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤D中，所述浸泡时间为1～3h；所述加热干燥的条件为：干燥温度为130～160℃，干燥时间为1～2h。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤E中，所述真空条件的真空度为：1×10-3Pa～1×10-2Pa。其中，上述所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法中，步骤E中，所述烧结的操作为：先以4～6℃/min的速度，升温至600～650℃,保温2～3h，随后以3～5℃/min的速度，升温至1300～1400℃,保温1～2h，然后冷却至室温。本专利技术的有益效果是：本专利技术开发了一种新的制备TiAl多孔材料的方法，利用造孔剂制备毫米级大孔，利用Kirkendall效应制备微米级小孔，最后得到一种双孔TiAl多孔材料，实现毫米级和微米孔的完美结合；可根据造孔剂尿素形状和大小控制大孔的形状和尺寸；通过造孔剂在混合粉体中的占比，控制孔隙率；从而制备得到孔隙率、孔径、孔形可控的TiAl多孔材料；按照本专利技术技术方案，制备的TiAl多孔材料孔隙率达67～86％，大孔径为0.3～2.2mm，孔形为球形和不规则形的双孔TiAl多孔材料，性能优异，在过滤分离、隔热散热材料、化学合成等三大领域具有非常可观的应用前景；本专利技术方法工艺简单，造孔剂尿素价格便宜，值得推广应用。附图说明图1是本专利技术实施例1制备所得双孔TiAl多孔材料试样；图2是本专利技术实施例1制备所得双孔TiAl多孔材料的扫描电镜图；图3是本专利技术实施例1～3制备所得TiAl多孔材料孔隙率和尿素体积分数关系图；图4是本专利技术实施例1～3制备所得不同孔隙率TiAl多孔材料的应力应变曲线图。具体实施方式具体的，一种双孔结构TiAl多孔材料的制备方法，该方法包括以下步骤：A、取钛粉和铝粉，混合均匀，得混合物料a；B、将混合物料a与造孔剂混合，加入粘接剂，混合均匀，得混合物料b；C、将混合物料b置入模具中压实成坯，脱模，得生坯；D、将步骤C所得生坯置于NaOH水溶液中，浸泡后，经洗涤、加热干燥，得多孔的生坯块；E、步骤D所得多孔的生坯块在真空条件下，进行烧结，得双孔结构TiAl多孔材料。本专利技术方法步骤A中，所述钛粉和铝粉的质量比为48:52～37:63。；钛粉和铝粉的混合一般在行星式球磨机；其中，所述钛粉的粒径为10～30μm，形状为不规则多边形；所述铝粉的粒径为20～30μm，形状为球形或近球形。本专利技术方法步骤A中，为了促进粉末的分散和均匀化，还可以取直径为3～8.5mm的硬质合金球，与钛粉、铝粉混合，混合均匀后，直接拿出来或者用筛网取出即可；所述硬质合金球与钛粉、铝粉总质量比5:1～10:1。本专利技术方法步骤B中，所述混本文档来自技高网...

【技术保护点】
双孔结构TiAl多孔材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A、取钛粉和铝粉，混合均匀，得混合物料a；B、将混合物料a与造孔剂混合，加入粘接剂，混合均匀，得混合物料b；C、将混合物料b置入模具中压实成坯，脱模，得生坯；D、将步骤C所得生坯置于NaOH水溶液中，浸泡后，经洗涤、加热干燥，得多孔的生坯块；E、步骤D所得多孔的生坯块在真空条件下，进行烧结，得双孔结构TiAl多孔材料。

【技术特征摘要】
1.双孔结构TiAl多孔材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A、取钛粉和铝粉，混合均匀，得混合物料a；B、将混合物料a与造孔剂混合，加入粘接剂，混合均匀，得混合物料b；C、将混合物料b置入模具中压实成坯，脱模，得生坯；D、将步骤C所得生坯置于NaOH水溶液中，浸泡后，经洗涤、加热干燥，得多孔的生坯块；E、步骤D所得多孔的生坯块在真空条件下，进行烧结，得双孔结构TiAl多孔材料。2.根据权利要求1所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤A中，所述钛粉和铝粉的质量比为48:52～37:63；其中，所述钛粉的粒径为10～30μm，形状为不规则多边形；所述铝粉的粒径为20～30μm，形状为球形或近球形。3.根据权利要求1或2所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤A中，还包括取直径为3～8.5mm的硬质合金球，与钛粉、铝粉混合，混合均匀后，将硬质合金球取出；所述硬质合金球的质量与钛粉和铝粉的总质量比为5:1～10:1。4.根据权利要求1所述的双孔结构TiAl多孔材料的制备方法，其特征在于：步骤B中，所述混合物料a与造孔剂的体积比为2～4：8～6；所述造孔剂为尿素、碳酸氢铵、NaCl、NaF或K2CO3中的至少一种；优选的，所述造孔剂为尿素，尿素的形状为...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢波，范亚卓，穆天柱，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51