一种粉末冶金泡沫钢的制备方法技术

一种粉末冶金泡沫钢的制备方法，属于金属多孔材料制备领域，包括：(1)将不锈钢粉末及造孔剂按比例混合，加入粘结剂，使不锈钢粉末涂覆在造孔剂表面；(2)得到的混合料压制成型；(3)压坯放入去离子水中浸泡去除造孔剂；(4)制得的样品进行干燥，获得泡沫钢骨架；(5)将泡沫钢骨架放入真空高温炉中烧结，随炉冷却后即可得到泡沫钢样品。本发明专利技术方法原材料易获得且成本低廉；工艺流程简单；所制备出的泡沫钢孔隙率、孔径及孔形可控；所制备出的泡沫钢具有较高的抗压强度，同时又能满足轻量化的要求。同时又能满足轻量化的要求。同时又能满足轻量化的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种粉末冶金泡沫钢的制备方法


[0001]本专利技术属于金属多孔材料制备领域，具体涉及一种粉末冶金泡沫钢的制备方法。

技术介绍

[0002]泡沫钢作为一种新兴的多孔金属材料，相较于传统钢金属材料，具有更多的功能特性，如隔音降噪、绝热防爆、吸能缓冲及分离过滤等；该材料经过特殊设计及装配，可作为一种集结构性与功能性为一体的材料。泡沫铝是最典型的商业产品，因为其具有高比强度、高冲击能量吸收和合理的成本。然而，在航空航天或化学工程应用中(即在高工作温度或腐蚀性环境下)，泡沫钢(泡沫不锈钢)提供了比泡沫铝更好的性能组合。该类材料在航空航天、交通运输领域中的轻量化设计，应用于城市建设及发动机隔板类的消声结构，以及利用其吸能特性制造车辆防撞梁及装甲车壳体等，均具有很高的应用价值和发展前景。
[0003]近些年来，泡沫钢材料受到越来越多的重视，对于其工艺的探索不断深入发展，其制备方法主要包括熔体发泡法、渗流铸造法、牺牲模板法、粉末冶金法等。
[0004]由于钢的熔点高、密度大、钢液粘度低、发泡剂适配性差等原因，泡沫钢不太适用于熔体发泡工艺生产。渗流铸造法因金属液体的表面张力作用，钢液无法充分地流入填充物的空隙中，从而造成孔洞的连续性差。牺牲模板法是将金属浆料涂覆在泡沫海绵上，通过加热去除泡沫海绵，再将骨架烧结成型的一种泡沫金属制备方法，海绵体去除过程中会产生有害气体污染环境，且只能制备高孔隙率开孔泡沫钢，可控性较差。基于粉末冶金工艺路线制备泡沫钢，具有工艺流程简单，孔隙率大范围可控等优点。

技术实现思路
/>[0005]本专利技术的目的在于提供一种孔结构可控的粉末冶金泡沫钢的制备方法，通过混料、冷压、造孔及后续的烧结工艺实现了孔结构可控的泡沫钢制备。
[0006]本专利技术技术方案：
[0007]一种粉末冶金泡沫钢的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将不锈钢粉末及造孔剂按一定体积分数比例混合得到混合粉末，加入粘结剂，使不锈钢粉末涂覆在造孔剂表面；
[0009](2)将步骤(1)中得到的混合料放入模具中进行压制成型；
[0010](3)将步骤(2)中所制得的压坯放入去离子水中浸泡去除造孔剂；
[0011](4)将步骤(3)中制得的样品进行干燥，获得泡沫钢骨架；
[0012](5)将步骤(4)中制得的泡沫钢骨架放入真空高温炉中烧结，随炉冷却后即可得到泡沫钢样品。
[0013]上述粉末冶金泡沫钢的制备方法，其中：
[0014]所述步骤(1)中，造孔剂为针状尿素或球状尿素颗粒，按标准试样筛选出所需孔径范围，颗粒粒度为5～35目；不锈钢粉末为AISI300系或AISI400系不锈钢粉末，粉末粒度为200～600目，微观形貌不规则；所使用的粘结剂为无水乙醇，添加量为每100g混合粉末加入
2～10mL；造孔剂占混合粉末的体积分数为50％～80％；混料时采用三维运动混料机混料，不添加研磨介质，混料时长为0.5～1h。
[0015]所述步骤(2)中，压制应力为200～500MPa，保压时间为1～5min。
[0016]所述步骤(3)中，压制后的坯料放入去离子水中浸泡0.5～1.5h，用以去除部分造孔剂。
[0017]所述步骤(4)中，将样品放入鼓风干燥箱中，在70～110℃的温度下干燥30～60min。
[0018]所述步骤(5)中，在真空高温烧结前，先将泡沫钢骨架加热至250～450℃，保温30～60min，用于去除干燥后残留在样品上的造孔剂残留物。泡沫钢的烧结温度为1000～1300℃，保温时间为1～2h，真空度为10
‑3～10
‑5Pa，烧结结束后随炉冷却至室温。
[0019]上述制备方法制得的泡沫钢材料具有均匀的孔隙结构，并且孔隙率和孔径大范围可控。泡沫钢与传统的实体钢材相比，具有很多独特的理化特性，如质轻、比刚度和比强度高等特性。而且由于孔洞的存在，使得泡沫钢具有更多的功能特性，是一种集结构性和功能性为一体的材料。泡沫钢与目前被广泛应用于各领域的泡沫铝相比，在力学性能和高温下的服役性能有着不可比拟的优势。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]本专利技术基于粉末冶金路线，相比于传统粉末冶金工艺，在烧结前增加了一步造孔工艺(造孔工艺包括溶解和干燥两个步骤)。样品在烧结前已经成型，但强度低，需要通过烧结工艺使基体粉末之间从机械咬合状态变为冶金结合状态，以赋予样品一定的力学性能。在混料工艺中，可以通过控制造孔剂体积分数、造孔剂尺寸大小、造孔剂形状等参数，来控制样品的孔结构。本专利技术方法原材料易获得且成本低廉；工艺流程简单；所制备出的泡沫钢孔隙率、孔径及孔形可控；所制备出的泡沫钢具有较高的抗压强度，同时又能满足轻量化的要求。
附图说明
[0022]图1本专利技术粉末冶金泡沫钢的制备工艺流程示意图。
[0023]图2本专利技术实施例1
‑
6制备出的粉末冶金泡沫钢横截面图。
[0024]图3本专利技术实施例1
‑
3制备出的不同孔隙率粉末冶金泡沫钢纵截面图。
[0025]图4本专利技术实施例4、实施例2、实施例5制备出的不同孔径粉末冶金泡沫钢纵截面图。
[0026]图5不同造孔剂尺寸所对应的压缩应力应变曲线。
[0027]图6不同造孔剂添加量所对应的压缩应力应变曲线。
具体实施方式
[0028]实施例1
[0029]一种粉末冶金泡沫钢的制备方法，工艺流程如图1所示，包括以下步骤：
[0030](1)将体积分数为60％的球状尿素颗粒与316L不锈钢粉末混匀；316L不锈钢粉末粒度为400目，成不规则形状；尿素颗粒为8～20目，成球状；混料时加入无水乙醇为粘接剂，加入量为每100g混合粉末加入2mL无水乙醇。
[0031](2)将混合粉末放入压制模具中室温单向压制成直径30mm的圆柱坯；放入混合粉末前，在阴模内壁涂抹一层润滑脂，减小脱模时阻力；压制应力为300MPa，保压时长为5min；
[0032](3)将压制获得的压坯放入去离子水中浸泡30min，去除造孔剂；
[0033](4)将压坯放入鼓风干燥箱中90℃干燥1h；
[0034](5)将干燥后的泡沫钢骨架放入通入真空度位为10
‑3Pa的高温炉中烧结；先加热至250℃，保温30min，加热速度为10℃/min；之后加热至1100℃，保温2h；烧结完成后随炉冷却至室温。
[0035]实施例2
[0036]一种粉末冶金泡沫钢的制备方法，包括以下步骤：
[0037](1)将体积分数为70％的尿素颗粒与316L不锈钢粉末混匀；316L不锈钢粉末粒度为400目，成不规则形状；尿素颗粒为8～20目，成球状；混料时加入无水乙醇为粘结剂，加入量为每100g混合粉末5mL无水乙醇。
[0038](2)将混合粉末放入压制模具中室温单向压制成直径30mm的圆柱坯；放入混合粉末前，在阴模内壁涂抹一层润滑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉末冶金泡沫钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将不锈钢粉末及造孔剂按一定体积分数比例混合得到混合粉末，加入粘结剂，使不锈钢粉末涂覆在造孔剂表面；(2)将步骤(1)中得到的混合料放入模具中进行压制成型；(3)将步骤(2)中所制得的压坯放入去离子水中浸泡去除造孔剂；(4)将步骤(3)中制得的样品进行干燥，获得泡沫钢骨架；(5)将步骤(4)中制得的泡沫钢骨架放入真空高温炉中烧结，随炉冷却后即可得到泡沫钢样品。2.根据权利要求1所述的一种粉末冶金泡沫钢的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，造孔剂为针状尿素或球状尿素颗粒，颗粒粒度为5～35目；不锈钢粉末为AISI300系或AISI400系不锈钢粉末，粉末粒度为200～600目。3.根据权利要求1所述的一种粉末冶金泡沫钢的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所使用的粘结剂为无水乙醇，添加量为每100g混合粉末加入2～10mL；造孔剂占混合粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖国胤，胡光宇，黄鹏，孙溪，冯展豪，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：