【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金材料领域，尤其涉及一种铁基不锈钢多孔材料及其制备方法。
技术介绍
1、金属多孔材料具有良好的可机械加工性能、可焊接性、韧性以及优异的传热传质特性，其作为关键高温滤材或催化剂载体在原油催化裂化、生物质气净化、固体氧化物燃料电池等诸多高温化工和清洁能源的生产与转换领域中展现出独特的技术优势和广阔的应用前景。目前，在部分中低温工况中金属多孔材料已实现对陶瓷多孔滤材和催化剂载体的替代，但是在700℃以上高温工况中材料的稳定服役仍然面临严峻挑战。提高金属多孔材料的高温性能是国内外高温过滤、高温催化反应等领域的研究热点和关键应用技术需求。
2、然而，在高温服役过程中，金属多孔材料在腐蚀性气氛中形成高温氧化膜和腐蚀过程往往同时发生，这不仅限制了连续氧化膜的形成，而且容易导致氧化或腐蚀膜过度增厚，影响金属多孔材料的孔结构稳定性。此外，材料在频繁遭受热冲击和机械冲击情况下，反应过程中形成的氧化膜容易出现开裂、剥落。尤其是，金属多孔材料高比表面积加速的成膜元素消耗和曲率半径极小的多孔骨架，容易加剧氧化膜的脱落。当局部氧化膜防护失效后，金属多孔材料中高度裸露的大角度晶界将成为氧(o)、硫(s)、碳(c)等原子向合金基体扩散的通道，从而导致晶界氧化或沿晶腐蚀，导致力学性能持续下降。用于高温环境的传统多孔材料设计思路多通过增加预氧化工艺形成预氧化膜以改善金属多孔材料的高温防护性能，。然而，预氧化不仅氧化程度控制较为困难，而且额外的高温过程消耗了更多的能源，增加了成本。如何在材料制备过程中构筑原位钝化膜是解决问题的关键，不仅可
技术实现思路
1、为解决现有的金属多孔材料普遍存在的耐热性有限，耦合腐蚀情况下难以快速形成连续致密氧化膜，以及在遭受热冲击和机械冲击后使得反应过程中形成的氧化膜容易出现开裂、剥落等情况，导致金属多孔材料的高温抗氧化腐蚀性能不佳的问题，本专利技术提供了一种铁基不锈钢多孔材料，以及该多孔材料的制备方法。
2、本专利技术的目的在于：
3、一、能够在多孔材料制备过程中实现金属多孔材料及其表面钝化膜的一体原位形成；
4、二、确保所制得的原位钝化膜具有良好的热稳定性；
5、三、提高原位钝化膜与多孔材料基体的结合稳定性。
6、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
7、一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，
8、所述方法包括：
9、1)取铁基不锈钢预合金粉、铝粉和氧化物粉末混匀得到混合粉体；
10、2)取步骤1)所得的混合粉体压制为粗坯；
11、3)对步骤2)所得粗坯进行控温烧结得到铁基不锈钢多孔材料。
12、作为优选，步骤1)所述不锈钢预合金粉中cr含量为10～20wt％，ni含量为5～10wt％，余量为fe和不可避免的杂质；
13、步骤1)所述氧化物粉末为过渡金属氧化物粉末。
14、作为优选，
15、步骤1)所述铝粉的用量为铁基不锈钢预合金粉质量的5～10wt％；
16、步骤1)所述氧化物粉末的用量为铁基不锈钢预合金粉质量的4～12wt％。
17、作为优选，
18、步骤1)所述铁基不锈钢预合金粉和铝粉目数为200～500目；
19、步骤1)所述氧化物粉末粒径为0.1～1.0μm。
20、作为优选，
21、步骤2)混合粉体压制为粗坯前进行造粒处理；
22、所述造粒处理讲混合粉体和成形剂混匀搅拌至糊状，于保护气氛或真空条件下干燥过筛，制取目数为30～100目的混合粉体。
23、作为优选，
24、所述成型剂为硬脂酸和/或pvb和/或pva和/或pec；
25、所述成型剂溶于溶剂中后与混合粉体混匀搅拌，成型剂与溶剂的质量比为(0.05～0.20)：1，溶剂为乙醇和/或水；
26、所述混合粉体与成型剂混合时控制混合粉体与成型剂的质量比为1：(0.01～0.04)。
27、作为优选，步骤3)所述控温烧结过程中包括将粗坯置于1150～1300℃条件下烧结1.5～3.0h。
28、作为优选，
29、步骤3)所述控温烧结为分段式烧结；
30、所述分段式烧结过程依次包括150～200℃低温烧结10～20min、580～650℃中温烧结30～120min、800～1000℃高温烧结1～2h和1150～1300℃超高温烧结1.5～3.0h；
31、所述分段式烧结结束后控制冷速≥20℃/min使产物冷却至室温。
32、作为优选，
33、步骤3)所述控温烧结于真空条件下进行。
34、一种铁基不锈钢多孔材料。
35、本专利技术以铁基不锈钢多孔材料作为合金基材，首先是因为具备良好的机械性能以及可加工性，其次是良好的抗腐蚀性以及较低的热膨胀性其应用领域广泛，且造价较低。
36、但是，常见的铁基不锈钢多孔材料依靠的氧化膜诸如：cr2o3等保护性不足，无法在较高温度为材料提供长久的保护。因而本专利技术进一步采用了铝粉的添加，al元素的添加使材料的保护膜转变为al2o3，但氧化铝薄膜的二次生长实现自修复以及防护存在一定的缺陷性，如高温条件下(≥1000℃)的条件下，氧化铝成膜生长趋势较好，不需要在特定的氧分压条件下即可实现快速的自修复和防护。但在1000℃以下，氧化铝主要以亚稳态的γ-al2o3和θ-al2o3为主，转变为稳态的α-al2o3需要一定的时间。因此其时效性存在显著的缺陷，且所形成的防护性能有限、容易被二次破坏。
37、对此，本专利技术进一步通过引入氧化物作为氧化剂与al发生铝热反应从而在制备过程中实现原位al2o3钝化膜的形成。选择元素粉与预合金粉末的混合解决了元素粉在预合金化过程中的氧化消耗，同时引入的氧化物粉末的粒径远小于预合金粉末与元素粉末可以有效控制钝化膜形成的位置与量级，且减少了由于金属与陶瓷的热膨胀系数差异较大所导致的成型困难等问题。三者成分的协调，构筑形成了具有良好抗氧化能力的基体以及有效在基体表面原位形成的高度致密有效且热稳定性优异的α-氧化铝薄膜。
38、而在上述过程中，还需要对各个主要成分进行控制。如混合粉末中各的配比可在上述范围内进行适应性的调节，均能够实现较优的制备效果。其中尤其需要控制的是铝和铬的相对含量，铝元素是铝热反应的还原剂，也是形成钝化膜的主要成分；铬对合金基础抗氧化性能的提升也尤为关键。此外，氧化物粉末通常选用过渡金属的高价态氧化物，以促进铝热还原的有效进行。如常见的三氧化二铁、氧化镍和氧化钛等均能够通过铝热反应并且原位生成氧化形成氧化铝薄膜，但是相对而言，三氧化二铁的使用效果最优。因为本身铁基不锈钢预合金粉中最主要的成分即为铁，在采用三氧化二铁通过铝热反应形成氧化铝钝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求2所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
8.根据权利要求1或7所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
10.一种由权利要求1至9任一方法所制得的铁基不锈钢多孔材料。
【技术特征摘要】
1.一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
5.根据权利要求2所述的一种铁基不锈钢多孔材料的制备方法，其特征在于，
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【专利技术属性】
技术研发人员：张惠斌，莫叶聪，万磊磊，闫欣，张艺霖，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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