开放多孔泡沫金属及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种开放多孔泡沫金属及其制造方法。本发明专利技术涉及的开放多孔泡沫金属由铁基合金形成，所述合金包含15重量％以上的铬和5重量％以上的铝。开放多孔泡沫金属是由铁或铁基合金组成的半成品，其在制造时不包含铬和铝、或者铬和铝的含量低于铁铬铝合金粉末内的含量，并对所述半成品的表面和开放气孔均匀涂敷铁铬铝合金的粉末和有机粘合剂。而且，在还原气氛下进行热处理的同时，进行烧结。此时，通过扩散来实现半成品和粉末之间的合金元素的浓度补偿，从而形成由铁铬铝合金组成的金属发泡体，并且所述泡沫金属内铬和铝的含量小于所使用的粉末的起始合金内的含量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种泡沫金属，特别涉及一种开放多孔泡沫金属。
技术介绍
泡沫金属由于其具有重量轻和多孔性(porosity)的特点而应用于各种
尤其，泡沫金属可以用于化学过程的催化激活或环境工学等领域，并且可作为过滤手段来使用。而且，泡沫金属频繁应用于较高温度和严峻的周边环境。此时，即使在大部分金属和金属合金不能长时间稳定存在的温度环境下，如700°C以上的高温，特别是1000°C以上等高温下，泡沫金属也应具有耐性(tolerance)。在制造成本方面，泡沫金属相对于耐热性金属或耐热性金属合金比较适合在高温环境中使用。另外，泡沫金属可以多种方式制造。现有技术可以通过烧结生坯(green body)来降低成本，所述生坯是将各金属制成的粉末形状。但是，所完成的泡沫金属应具备的所有特性不能只通过烧结工序(sintering process)得到满足。因而，目前公开了一种在后续工序中涂敷泡沫金属表面并进行改质的技术。这种技术通常应用于由镍形成的泡沫金属中。现有技术中还公开了一种涂敷有另一种金属的开放多孔成形体，所述另一金属由镍或铁组成，至少可以由铁或镍的混合晶体或者金属间相(intermetallic phase)形成。所完成的开放多孔成形体至少由两个相(phase)组成，所述两个相具有不同的热特性、机械特性和化学特性。而且，现有技术还公开了由铁铬铝合金形成的泡沫金属的使用情况，所述泡沫金属上形成有具有催化剂作用的金属氧化物层。但是，现有技术中并没有具体公开所使用的合金，并仍然没有公开在合金内各金属是以何种比例存在，且泡沫金属的制造是以何种方式进行等情况。尤其是铝的比例相对较高的合金不是不能被烧结，就是非常难以被烧结。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述问题而作，其目的在于提供一种具有比现有泡沫金属更加优秀的材料特性，尤其是不仅可以在较高温度上使用，而且对氧化比较稳定的开放多孔泡沫金属。为实现所述目的，本专利技术较佳实施例涉及的开放多孔泡沫金属由铁基合金形成， 所述合金包含15重量％以上的铬和5重量％以上的铝。所述泡沫的网构件(web element)以气密方式形成。所述铁基合金包含镍，并且所述镍的最大含量保持在可以使结构物内存在α -结构。本专利技术涉及的开放多孔泡沫金属的比表面积为10mm2/mm3至25mm7mm3，并且与开放气孔相对的网构件的表面粗糙度为50 μ m至200 μ m。而且，所述开放多孔泡沫金属进一步选自钇(Y)、铪(Hf)、锰(Mn)、硅(Si)及锆 (Zr)中的至少一种元素，所述至少一种元素的含量大于0重量％并小于1重量％。本专利技术的另一优选实施例涉及的开放多孔泡沫金属的制造方法包括以下步骤提供由铁或铁基合金组成的半成品，所述半成品不包含铬和铝，或者所包含的铬和铝的含量低于铁铬铝合金粉末内的含量；用铁铬铝合金粉末及有机结合剂均勻涂敷由所述铁或铁基合金组成的半成品的表面和开放气孔；在还原气氛下以300°C至600°C的温度热处理经涂覆的由铁或铁基合金组成的所述半成品，从而排出有机成分；以及在900°C以上温度下烧结有机成分已被排出的由铁或铁基合金组成的所述半成品。所述半成品使用所述铁或铁基合金以电镀方式蒸镀于有机开放多孔泡沫上的泡沫。而且，所述铁铬铝合金粉末的平均粒度为20 μ m至50 μ m。另外，通过所述烧结过工序的扩散来实现所述半成品和所述铁铬铝合金粉末之间的合金元素的浓度补偿，从而形成由铁铬铝合金组成的金属泡沫，其中所述泡沫金属内铬和铝的含量小于所使用的所述铁铬铝合金粉末的起始合金中所述铬和铝的含量。所述烧结工序以涨/min的加热速度加热至1300°C最高温度，并且所述最高温度至少持续30分钟。本专利技术涉及的开放多孔泡沫金属由单相(single-phase)材料组成，所以不仅具有均勻的热特性、机械特性及化学特性，而且具有优秀的柔韧性和较低的脆性。而且，通过空气中的预氧化形成保护性氧化铝层，从而可以增加抗老化性。附图说明图1是本专利技术涉及的金属泡沫网构件表面的放大截面图。 具体实施例方式下面参照附图详细说明本专利技术的实施例，以使本专利技术的优点、特点以及其方法变得更加清楚。但是，本专利技术并不局限于下面所述的实施例，可以多种方式实施。下面所述实施例是为了使本专利技术公开更完整，使本专利技术所属
的技术人员完全理解专利技术的范畴而提供的，本专利技术限定在权利要求书的范畴内。通篇说明书中相同的附图标记指相同的构件。下面参照附图说明本专利技术的优选实施例涉及的开放多孔泡沫金属。另外，在对本专利技术进行说明时，申请人认为相关公知性能或者结构的详细描述会使本专利技术的主旨变得模糊，便省略其详细说明。本专利技术优选实施例涉及的开放多孔泡沫金属由铁基合金形成，所述合金包含15 重量％以上的铬和5重量％以上的铝。铁基合金包含所述铬(Cr)，从而可以使所述泡沫金属在各种环境中具有耐蚀性和高温抗氧化性。而且，铁基合金还包含铝(Al)，从而在高温环境下也能够在铁基合金表面形成铝氧化物等。所述铁基合金最好包含20重量％以上的铬和6重量％以上的铝，从而使所述泡沫金属具有高温抗氧化性。包含铬和铝的所述铁基合金可以使用铁铬合金(Fecralloy)。当制造所述泡沫金属时，开放多孔泡沫金属可以作为由铁或铁基合金形成的半成品来使用。所述合金可以不包含铬和铝，或者铬和铝的含量至少小于其它制造方法中使用的粉末中的含量。并且，使用由铁铬铝合金的粉末和有机结合剂形成的悬浮液均勻涂覆所述半成品的表面和开放气孔。干燥涂敷有所述悬浮液的所述半成品之后，在还原气氛下进行热处理，此时当温度在300°C至600°C时首先排出有机成分。然后，在900°C以上的温度环境下进行烧结工序。此时，通过烧结时的扩散，在所述半成品和所述粉末之间实现合金元素的浓度补偿，从而形成由铁铬铝合金组成的泡沫金属，并且所述泡沫金属内铬和铝的含量小于所使用粉末的起始合金中的含量。而且，所述粉末状态的合金和其体积的选择应满足以下条件，即在考虑所述半成品的材料体积，并且其为铁基合金时考虑其合金组成的情况下，成品泡沫金属材料内要含有所需含量的合金元素。从粉末的起始合金开始，当烧结时通过合金元素的扩散来进行“稀释”，其结果各含量低于粉末合金内的含量。除了铁以外，半成品材料内还可以包含镍。此时，铁基合金内镍的最大含量应该使结构物内存在α结构。但是，就Y结构而言，可以允许更小的含量。其结果，通常镍的最大含量可以是5重量％。当烧结工序结束之后，在氧化环境中进行热处理时，为形成保护氧化物层，尤其扩散铝等元素时，所述结构物内存在的α结构的作用非常有效。如上所述，由于扩散得到改善，所以烧结时半成品材料和粉末合金之间的浓度补偿被简化并被加速。而且，泡沫的所有网构件最好以气密方式形成。所述气密方式可以通过将用电镀方式在有机开放多孔发泡体上沉积铁或铁基合金所形成的泡沫作为半成品来使用而实现。在本专利技术涉及的金属发泡体中，比表面积(specific surface)为IOmm2Aim3至 25mm2/mm3,而与开放气孔相对的网构件的表面粗糙度可以是50 μ m至200 μ m。用于形成本专利技术涉及的泡沫金属的完成品材料还可以包含大于0量％并小于1重量％的其它合金元素。这种元素可以是选自钇(Y)、铪(Hf)、锰(Mn)、硅(S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·瓦尔瑟，B·克勒登，J·贝姆，T·比特纳，T·魏斯格贝尔，B·基巴克，A·博登，HD·贝姆，金铉泰，J·崔，张铭埈，A·贝姆，S·弗雷利希，W·德林，
申请(专利权)人：阿兰图姆公司，弗劳恩霍弗实用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：