一种高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯及其制备方法技术

本发明专利技术属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种应用于低压大风量高温腐蚀气氛工况条件下的高通量外光Fe‑Al金属间化合物滤芯，并进一步公开其制备方法。本发明专利技术所述高通量外光Fe‑Al金属间化合物滤芯，采用较细粒度的铁铝粉末为原料，以保证滤芯具有较小的孔径；同时降低滤芯壁厚，由常规5‑6mm降低至2‑3mm，以提高滤芯的通量；并通过添加粘结剂克服所选铁铝金属间化合物粉末颗粒自身硬度高、成型性差的缺陷，可有效提高滤芯的成型性，同时增大滤芯的孔隙率，在不增大孔径尺寸的情况下，大幅度提高了滤芯通量，制得滤芯更适宜于低压大风量高温腐蚀气氛工况条件下使用，可以有力推动高性能金属滤材在洁净煤高效利用、高温烟气除尘等能源、环保领域的应用。

A High Flux Outer Light Fe-Al Intermetallic Compound Filter Core and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯及其制备方法
本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种应用于低压大风量高温腐蚀气氛工况条件下的高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯，并进一步公开其制备方法。
技术介绍
在未来相当长的时期内，化石能源在中国能源结构中仍然会占据主体地位，我国一次能源的供应仍将以煤为主，而依照2050年的长期能源战略规划，应是发展以煤为主多元化的清洁能源体系。根据煤化程度的不同，煤炭可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤，目前，我国已经探明的煤炭储量为724.116Gt，其中，褐煤约占总储量的14％。褐煤是一种高挥发分、高水分、高灰分、低热值、低灰熔点的煤炭资源，具有难以洗选、储存且易自燃的缺陷，不适合长期储存和远距离运输，使得褐煤的开发和应用受到限制。褐煤提质技术是褐煤综合利用的发展趋势，提质过程主要是褐煤的脱水过程，脱水过程中除了脱去部分水分外，也伴随着一些煤的组成和结构的变化。提质后的褐煤产品能够明显增加其机械强度、降低其自燃率，更加便于远距离运输，同时也使得褐煤产品的成分和性质更加稳定，改善其易风化的性能，并增加单位质量的发热量，对褐煤产品的燃烧性能和稳定性能具有极大的改善。但是，在褐煤提质过程中，由于褐煤的挥发分较高，导致其在干燥提质过程易产生大量含有固体颗粒(褐煤粉尘)的热烟气。若烟气不经处理而直接排放，将对大气造成严重的污染。因此，在褐煤干燥提质过程中对烟气进行除尘处理，使其符合排放标准，对于褐煤的提质工艺具有重要的意义。就目前而言，国内在褐煤除尘领域主要采用电除尘方法和布袋除尘方法。由于褐煤提质过程中产生的烟气具有含尘量大、风速高的特点，对于电除尘技术而言，易造成荷电粉尘沉积到收尘极上的时间过短，使其来不及沉积就会被风力带出，同时易产生粉尘的二次飞扬，特别是在电极进行清灰振打作业时尤为严重；对于布袋除尘技术而言，由于褐煤粉尘的颗粒直径较大，易造成布袋堵塞，进而引起布袋磨损、穿孔、甚至脱落，而且200-300℃的高温烟气也易使布袋硬化收缩，加速布袋老化。因此，开发一种现场操作简单、便于维护、运行稳定的除尘技术一直是褐煤干燥提质领域研究与开发的重点。除此之外，在电力行业，由于燃煤锅炉产生的高温烟气在高温除尘方面的缺失，也会给脱硝催化剂带来的破坏非常严重，使得脱硝催化剂的使用寿命缩短，催化剂的更换速度加快。而高温烟气除尘工艺由于工作温度高、气体腐蚀性强、烟气处理量大等特点，对过滤材料有很高的要求。目前，高温过滤材料主要有陶瓷过滤材料和金属过滤材料，但是传统的陶瓷材料或金属材料的结构与性能均难以满足煤电行业高温烟气除尘的高处理量、低阻降、高除尘效率等工艺性能要求。目前，国外在高温气体过滤除尘及净化领域一般采用FeCrAl纤维毡滤芯或陶瓷复合滤芯。FeCrAl纤维毡滤芯具有韧性好、孔隙率高、通量大的优点，但其过滤精度较低、反吹再生性能差，长期使用后压差较高，且FeCrAl合金的耐硫腐蚀性能低于Fe3Al合金；而陶瓷复合滤芯采用非对称结构，具有精度高、通量大的优点，且陶瓷材料的化学稳定性好、耐高温、耐腐蚀，但陶瓷材料的韧性很低，使用过程中经常发生断裂现象，使其稳定性、可靠性较差。Fe3Al金属间化合物是一种介于金属与陶瓷之间的低密度材料，也被称为“半陶瓷”，它既具有金属材料的延展性好、强度高、加工性能好、抗热震性高、可焊接等优点，还具有陶瓷材料的热稳定性好、抗氧化和耐腐蚀性能高、耐磨性能好等特性，在低压、大风量、高温(450-750℃)腐蚀环境下，如洁净煤化工煤气化工艺的高温合成气，煤的高效综合利用，褐煤提质工艺中的高温合成气，电力行业中燃煤锅炉含腐蚀气氛高温烟气的综合治理等工况，或者高温、高压及腐蚀环境下的精密过滤与气固分离等工艺，高通量外光薄壁Fe-Al金属间化合物具有广泛的应用前景。当前，市场上常用的Fe-Al金属间化合物滤芯主要有均质滤芯和非对称滤芯，在孔径相同的条件下，非对称滤芯通量较均质滤芯高。但针对低压大风量腐蚀气氛下的气固分离，如褐煤提质工艺中的高温合成气，电力行业中燃煤锅炉含腐蚀气氛高温烟气的综合治理等工况，现用的Fe-Al金属间化合物滤芯仍然难以满足低压大风量工况下的使用要求，且制作成本偏高。目前，国内制备Fe-Al金属间化合物多孔滤芯的工艺主要有自蔓延高温合成工艺、反应烧结工艺、机械合金化工艺等，这些工艺的共同点均是以Fe粉、Al粉为原料，加工成本相对较低。但由于Fe粉、Al粉反应或合成过程中很难实现材料的完全合金化，因此导致材料中除了Fe3Al相之外，还存在单质Fe、单质纯Al、FeAl、Fe2Al5等相，这不仅导致材料的耐腐蚀性能严重降低，也影响了多孔滤芯的通量，严重影响了滤芯的过滤效果。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种耐高温、耐腐蚀、高精度、高通量、低阻力、低成本的高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯，以解决现有技术中Fe-Al金属间化合物滤芯存在通量低、阻降高的问题；本专利技术所要解决的第二个技术问题在于提供上述Fe-Al金属间化合物滤芯的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所述的一种高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯的制备方法，包括如下步骤：(1)取粘结剂溶于可挥发溶剂，制得粘结剂溶液，并加入铁铝粉末于80-120℃充分混合，至所述可挥发溶剂完全挥发；(2)将得到的混合粉末置于模具中，控制成型压力50-200MPa进行冷等静压压制成型，得到生坯；(3)脱模后将成型的生坯放入置于脱脂气氛炉中，升温至800-850℃进行脱脂预烧，随炉冷却到室温，得到脱脂预烧后的坯体；(4)将脱脂预烧后的坯体置于真空烧结炉中，控制真空度＜9×10-3托、升温至1000-1300℃进行真空烧结，随炉冷却，即得到所需高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯。具体的，所述步骤(1)中，所述粘结剂包括聚乙二醇、甲基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。具体的，所述步骤(1)中，所述可挥发溶剂包括水或无水乙醇。具体的，所述步骤(1)中，所述铁铝粉末与所述粘结剂的质量比为70-95：5-30。具体的，所述步骤(1)中，所述铁铝粉末的粉末粒度为-100+500目。具体的，所述步骤(2)中，控制所述压制成型步骤的保压时间为1-5min。具体的，所述步骤(2)中，在所述压制成型步骤之前，还包括将得到的混合粉末过40-50目筛的步骤。具体的，所述步骤(3)中，所述脱脂预烧步骤的升温过程具体包括：以1-10℃/min的升温速度，从室温升温至300-450℃，并保温30-120min；随后以1-10℃/min的升温速度，继续升温至800-850℃，并保温60-120min。具体的，所述步骤(4)中，所述真空烧结步骤的升温过程具体包括：以1-10℃/min的升温速度，从室温升温至300-450℃，并保温30-120min；随后以1-10℃/min的升温速度，继续升温至700-800℃，并保温30-60min；随后以1-10℃/min的升温速度，继续升温至1000-1300℃，进行保温2-5h。本专利技术还公开了由所述方法制备得到的高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯。本专利技术所述制备高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯的方法，用较细粒度的铁铝粉末为原料，以保证滤芯具有较小的孔径；并通过添本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高通量外光Fe‑Al金属间化合物滤芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取粘结剂溶于可挥发溶剂，制得粘结剂溶液，并加入铁铝粉末于80‑120℃充分混合，至所述可挥发溶剂完全挥发；(2)将得到的混合粉末置于模具中，控制成型压力50‑200MPa进行冷等静压压制成型，得到生坯；(3)脱模后将成型的生坯放置于脱脂气氛炉中，升温至800‑850℃进行脱脂预烧，随炉冷却到室温，得到脱脂预烧后的坯体；(4)将脱脂预烧后的坯体置于真空烧结炉中，控制真空度＜9×10

【技术特征摘要】
1.一种高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取粘结剂溶于可挥发溶剂，制得粘结剂溶液，并加入铁铝粉末于80-120℃充分混合，至所述可挥发溶剂完全挥发；(2)将得到的混合粉末置于模具中，控制成型压力50-200MPa进行冷等静压压制成型，得到生坯；(3)脱模后将成型的生坯放置于脱脂气氛炉中，升温至800-850℃进行脱脂预烧，随炉冷却到室温，得到脱脂预烧后的坯体；(4)将脱脂预烧后的坯体置于真空烧结炉中，控制真空度＜9×10-3托、升温至1000-1300℃进行真空烧结，随炉冷却，即得到所需高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯。2.根据权利要求1所述的高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述粘结剂包括聚乙二醇、甲基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述可挥发溶剂包括水或无水乙醇。4.根据权利要求1-3任一项所述的高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述铁铝粉末与所述粘结剂的质量比为70-95：5-30。5.根据权利要求1-4任一项所述的高通量外光Fe-Al金属间化合物滤芯的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述铁铝粉末的粉末粒度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军军，张玉，刘冠颖，郭辉进，张冠文，王凡，平韶波，顾虎，
申请(专利权)人：安泰环境工程技术有限公司，安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11