陶瓷增强金属基多孔复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本低温快速制备纳米Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］陶瓷原位增强Ｆｅ－Ｃｒ－Ｎｉ基高温合金多孔复合材料的方法。采用粉末冶金混合组分法制备起始粉体，将纳米级Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｉ↓［２］Ｏ↓［３］，微米级Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ原始粉末按反应式的化学计量比换算成质量百分比称重混合，压制成坯后在真空下于８００℃进行无压烧结，整个烧结过程中利用铝热反应方式进行，在组成配比中可配以微量多种合金元素来调节气孔率和提高材料的力学性能。该方法可大大降低制备温度，缩短制备时间，又可降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属基多孔复合材料制备方法，特别涉及一种A1203陶 瓷增强Fe-Cr-Ni金属基多孔复合材料的制备方法。
技术介绍
我国粉末烧结多孔材料方面已有一定的生产能力，如烧结青铜、不锈钢、 镍及镍合金、钛等材料的产量就分别达到90万件、3.6万件、0.7万件和1.6 万件。然而，国内生产的金属多孔材料主要是铜、镍、钛、不锈钢烧结多孔 材料和不锈钢纤维毡材料；国外除了这些以外，还大量生产复合金属丝网和 泡沫金属材料，并正在开发新型的复合结构多孔材料，如多孔陶瓷金属复合 材料。多孔金属由金属骨架及孔隙所组成，具有金属材料的可焊性等基本的 金属属性。大量的内部孔隙又使多孔金属材料具有诸多优异的特性，如比重 小、比表面大、能量吸收性好、导热率低(闭孔体)、换热散热能力高(通孔体)、 吸声性好(通孔体)、渗透性优(通孔体)、电磁波吸收性好(通孔体)、阻焰、 耐热耐火、抗热震、气敏(一些多孔金属对某些气体十分敏感)、能再生、加 工性好，等等。相对金属材料，多孔有机高分子材料强度低且不耐高温，多 孔陶瓷则质脆且不抗热震，金属多孔材料兼有两者的优点，因此，被广泛应 用于航空航天、原子能、电化学、石油化工、冶金、机械、医药、环保、建 筑行业等等。另外，还可制作多种的复合材料和填充材料。多孔金属既可作 为许多场合的功能材料，也可作为一些场合的结构材料，而一般情况下它兼 有功能和结构双重作用，是一种性能优异的多用工程材料。多孔高温合金也 是先进材料中发展较迅速的一种材料，目前作为一种新型的材料在结构、缓 冲、减振、消音、过滤、散热和催化等领域有一定的应用。制备陶瓷增强高温合金多孔材料结合了复合材料与多孔材料制备方法， 其中粉末冶金工艺最初主要应用于钨、钼等高熔点金属材料或者难熔材料。 自二战以后，尤其是近些年来新材料的制备技术开发使其应用范围不断扩大， 金属基复合材料就是其中重要的一类。还有自蔓延法、腐蚀造孔法、原位气体发生法、原位反应法等几种工艺制备方法。中国专利(CN1351183)公开 了一种多孔金属的制备方法，把粉末状的盐和金属粉末的混合物加热到比盐 的熔融温度低、比金属粉末的熔融温度高的温度，使上述金属粉末熔融等工 艺制备出多孔金属。但是，中国专利(CN1351183)为金属熔融造孔工艺， 中国专利(CN1360641)也提到了使金属原料熔融这一工序，这些工艺需要 在高温下才能制备出多孔材料， 一般在100(TC以上。用这种方法制备的多孔 材料周期较长，能耗大，成本较高，并且不适用于制备高熔点的多孔高温合 金复合材料。
技术实现思路
根据上述现有技术存在的缺陷或不足，本专利技术要解决的技术问题是，提 供一种低成本低温快速制备纳米A1203陶瓷原位增强Fe-Cr-Ni基高温合金多 孔复合材料的方法。该方法可大大降低制备温度，縮短制备时间，又可降低 生产成本。为了实现以上目的，本专利技术所采取的技术方案是，包括下述步骤 1)将纳米级氧化物粉末Fe203、 Cr203、 Ni203，及微米级的Al、 Fe、 Ni、 Cr粉末以反应式2aAl+0.494Fe+O318Cr+0.188Ni+3aO"^aAl2Q3+Feb.wCr0318Nio.188 (1) 的化学计量比为基础，换算成质量百分比，称量、混合；式中0.094《a《0,247; 其中的氧由氧化物粉末Fe203、 Cr203、 ^203提供；2) 将混合粉末装入球磨罐，用Al203磨球湿法混磨至少48小时；3) 将球磨好的粉料于50 7(TC干燥；4) 将千燥料过200目分样筛； 5) 将过筛粉体在模压机上进行预压制备初坯；6) 对初坯进行气孔率测试，调整预压力使初坯的气孔率在50% 60%;7) 将初坯放入真空炉中进行真空烧结，以10 15'C/min的速率升温， 并在80(TC保温2小时，然后随炉冷却；8) 取出烧结体，经打磨、抛光，最终获得陶瓷增强金属基多孔复合材 料试样。上述方案中，所述步骤1)中，将纳米级氧化物粉末Fe203、 Cr203、Ni203， 及微米级的A1、 Fe、 Ni、 Cr粉末可按以下反应式0.494Al+0274Fp2(VO.318CrH).188Ni — 0247Al2Q3+Fe^wCr咖8Nia股 (2)0.188AW).094Ni2QrK).318CrK).494Fe—0.094Al2Q3+Fei^CrQ3,8Nio巡 (3) 0.318細.159CrA+O.188Ni+0.494Fe—0.159AlA+Feo鹏Cro3美股 (4) 中的任一个化学计量比，或者采用式(2) 式(4)中的任何两个或三个化 学计量比进行组合，换算成质量百分比，称量、混合。也可在上述混合的粉 末中，外加质量为1%的下列元素C、 B、 Zr、 Mg、 Ce、 Ca、 Ba、 La、 W、 Mo、 Nb、 Ta、 Hf中的任一种。本专利技术通过采用粉末冶金混合组分法制备预制粉体，压制成坯后在真空 下进行无压烧结。整个烧结过程中利用铝热原位反应的方式进行，放出大量 热量引发自蔓延使铝与原始的氧化物通过反应制备纳米陶瓷相，置换出的金 属与原始金属固溶反应生成纳米陶瓷增强高温合金。通过使用不同的氧化物 作为反应物的组合可以获得不同的氧化铝含量。在组成配比中配以多种微量 合金元素，可调节气孔率和提高材料的力学性能。采用本专利技术方法制备纳米增强金属基多孔复合材料，烧结温度低，仅为 80(TC，且原位反应快速、制备周期短、制备成本低。所获得的多孔复合材料 具有较高的气孔率和良好的力学性能，密度可达到2.45g/cm3 2.65g/cm3，孔 隙率控制在60%左右。本专利技术能够通过材料的相组成和结构、性能的设计调 控制备出满足不同需求的一系列纳米陶瓷增强高温合金材料。不但可以提高 高温合金的高温使用性能，还能降低材料的密度和成本，具有广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1组成所制备出的纳米Al203陶瓷原位增强Fe-Cr-Ni 高温合金多孔复合材料的XRD衍射图。由图可以看出，在烧结温度为800 °C，保温2小时的烧结工艺下，铝热反应完全，生成预定的多孔陶瓷金属复 合材料。图2为本专利技术实施例l组成所制备出的纳米Al203陶瓷原位增强Fe-Cr-Ni 高温合金多孔复合材料的SEM照片。由图可以看出，样品气孔较小且分布 均匀，孔径为10mjii左右，基体间相互连接形成网络结构，气孔分布在连接 处。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明，但本专利技术不限于这 些实施例。应用铝热原位反应技术低温快速制备纳米陶瓷增强金属(Fe-Cr-Ni合金) 基多孔复合材料的制备方法。本实验采用粉末冶金混合组分法制备预制粉体， 将原始粉末(实验用粉末特性见表l)的Fe203(纳米)、Cr203 (纳米)、Ni203 (纳米)、Al(微米)、Fe (微米)、Ni(微米)、Cr(微米)按前述反应式(2)、 (3)或(4)及组合的化学计量比混合，压制成坯后在真空下进行无压烧结。 整个烧结过程中利用铝热反应进行，使铝与原始的氧化物通过反应制备纳米 陶瓷相，置换出的金属与原始金属固溶反应生成高温合金。 具体步骤如下1) 将表1粉末按照前面不同反应式的化学计量比例及组合换算成质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷增强金属基多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：１）将纳米级氧化物粉末Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｉ↓［２］Ｏ↓［３］，及微米级的Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ粉末以反应式２ａＡｌ＋０．４９ ４Ｆｅ＋０．３１８Ｃｒ＋０．１８８Ｎｉ＋３ａＯ→ａＡｌ↓［２］Ｏ↓［３］＋Ｆｅ↓［０．４９４］Ｃｒ↓［０．３１８］Ｎｉ↓［０．１８８］（１）的化学计量比为基础，换算成质量百分比，称量、混合；式中：０．０９４≤ａ≤０．２４７；其中 的氧由氧化物粉末Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］、Ｎｉ↓［２］Ｏ↓［３］提供；２）将混合粉末用Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］磨球湿法混磨至少４８小时；３）将球磨好的粉料于５０～７０℃干燥；４）将干燥料过２００目 分样筛；５）将过筛粉体在模压机上进行预压制备初坯；６）对初坯进行气孔率测试，调整预压力使初坯的气孔率在５０％～６０％；７）将初坯放入真空炉中进行真空烧结，以１０～１５℃／ｍｉｎ的速率升温，并在８００℃保温２小时，然后 随炉冷却；８）取出烧结体，经打磨、抛光，最终获得陶瓷增强金属基多孔复合材料试样。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建锋，高积强，陈畅，初丛阳，乔冠军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]