专利名称：利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方法
技术领域：
本方法涉及利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方法。是对现 有技术的改进。
背景技术：
制备铁铝合金多孔材料的方法是目前倍受人关注的课题。特别是随着目前高速发 展的现代化工业，带来的能源浪费和环境污染越来越严重。大量的含尘高温气体，煤气、燃 气、烟气，已经形成对人类生存的威胁。高污染产业，钢铁、热电、各色炉窑，形成主要的污 染源。治理污染的净化过滤和除尘工艺或系统中所用传统工艺和设备，受到材料特性的限 制已经完全不能适应节能降耗的形势要求。解决高性能的多孔材料早已经引起科学界的重 视。铁铝基金属间化合物微孔过滤材料的研究已经成为关注的研究对象。FeAI基金属间化 合物由于其良好的耐热性、优良的机械性能和优异的高温抗氧化和抗硫腐蚀性能近年来受 到了世界各国材料研究工作者更多的关注和应用研究。特别是对高温含尘直接净化除尘不 但可以节约环境保护的成本而且为节约能源和循环经济领域的发展十分重要。现有技术中目前存在的关键不仅仅需要高性能过滤材料，更需要的是产生稳定可 靠性能的同时，具有简单易行的生产过程和经济实惠的生产成本。二十世纪九十年代后期， 针对陶瓷过滤材料存在抗热震性不好、可靠性不高等问题，西方一些国家开展了具有金属 性质的多孔过滤材料的研究和开发。FeAI合金材料抗高温氧化、耐硫腐蚀性能突出，适合高 温除尘环境的应用，在钢铁、发电系统引起了广泛关注，开展了对FeAI合金的深入研究。研究结果现有技术中基本形成了两个工艺路线。一个是北京安泰科技的真空熔炼铁铝制粉、分级混合、冷压成形、高温烧结的方法。一个是中南大学的铁铝粉分级后直接混 合，冷压成形、保温处理、高温烧结。最终形成具有金属特性的多孔材料。采用金属粉末材 料直接获得所需多孔结构可以解决初步加工问题。前者方法生产的的产品强度高，抗高温 氧化性和抗硫腐蚀性能优异，过滤效率高、运行阻力低、工艺稳定、易于反吹清洗再生、寿命 长。铁铝基金属间化合物微孔过滤材料具有实际应用的可能。但生产中需要借助真空感应 炉中进行熔炼，采用高压水雾化制粉导致生产工艺复杂、成本高效率低。大大限制了材料的 应用领域。中南大学的技术方案采用了价格便宜的铁铝粉原料直接混配冷静压成形，工艺 简单使实用。但是，实验运行中发现，在铝元素向铁元素团中扩散的过程是一个快速的放热 过程，不仅仅可以形成有应用价值的孔隙，还很容易形成连锁式反应扩散造成局部孔隙扩 展形成为裂纹、形成表面的开裂和内部的瑕疵。也可能导致明显的形变和孔隙不均勻。所 导致的结果是质量难以控制，成品率过低、表面质量不一至。本申请中的附图2中就表现了 以上的现象。这一技术缺陷导致了产品质量的不可控因素。为了克服以上的技术缺陷，不 得不限制铁粉和和铝粉的粒度尺寸，减缓烧结时温度上升的速度。即使如此也无法彻底解 决产品质量的稳定性。加大了生产成本，形成推广应用中最大的质量和价格障碍。
发明内容
本发明的目的是提供一个新的利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔 材料的方法。该方法是对现有的工艺将含铁铝成分的粉末按照设计的重量组分比混合后， 首先借助于模压成形工序制成片状或成形坯，压力控制在50 300MPa，或采用冷等静压制 备管状型坯，保温均质后，再采缓升温无压烧结工艺，在950 1250°C下，完成烧结，气氛为 氢气或分解氨、或者采用真空烧结实现多孔结构的定型，所进行的重大改进，是克服现有技 术的缺陷，摆脱质量、原料和废品率高的困扰，以简单、高效、低成本的技术手段实现铁铝合 金多孔材料的生产的关键。
本方法所采用的技术方案中，粉末包括粒度不大于500 μ m的铁粉和铝粉，按照重 量百分比86-41% Fe和14 59% Al均勻混合，采用等静压或模压成形，抗氧化的保护气 氛或真空下烧结，关键的工艺改进在于本方法在成形前对铁粉和铝粉的混合粉末进行了加 热预处理工序。以上所说的加热预处理工序是指铁、铝基础原料在加工成形之前进行的。之所以 首先进行预热前处理，在于能够通过成形前的预加热，使铁粉和铝粉间提前完成产生热量 反应过程。在这个过程中，？412、？6415』413经历了铁铝间扩散的过程，完成了放热反应 的激烈阶段、实现了铁和以上铁铝合金的混合形态。新生成的中间产物是铁、和铁铝化合物 的混合物，并在预加热的过程中释放了潜能。在烧结定型的工序中威胁已被大大地弱化，产 生形体缺陷的基础被限制在极小的范畴内，从而保证了质量有利于以后的实现均质的生产 过程。同时由于以上的措施，作为参加反应的基本原料颗粒也不再需要严格的粒度限制， 大大有利于降低成本，以生成各种档次、规格的铁铝合金多孔材料，更广泛的适应市场的需 要。以上所述是本发明产生的积极效果。
图1采用本发明的方法所制造的产品样块外观形态照片。图2是与图1样品具有相同的铁、铝组分含量，采用现有工艺方法所生产的产品样 块外观形态照片。本方法制造的产品外形规范工整，没有任何变形和龟纹。使用现有工艺方法，不加 任何的特别处理外观严重变形，出现严重的龟裂纹。下面结合具体的实施例进一步说明本发明的目的是如何实现的
具体实施例方式具体实施例列表0 :(按照重量百分比) 具体方法或流程应当包括以下的方法步骤粉末包括粒度不大于500 μ m的铁粉 和铝粉，按照重量百分比86-41% Fe和14 59% Al均勻混合，采用等静压或模压成形，抗 氧化的保护气氛或真空下烧结，关键在于本方法在成形前对铁粉和铝粉的混合粉末进行了 加热预处理工序。重大的关键点在于成形前的基本原料是铝和铁粉。直接混合加压成形是原有技术 中不可克服的缺陷。成形后的铁铝原料并没有生成稳定的形态。在以后的定型烧结工序中 任何一点的合金态的形成均是连锁式放热反应的开始。剧烈反应的放热过程，导致反应速 度的加快和局部体积的扩展，非常容易导致坯料在反应始点处形成开裂或引起变形、导致 了产品的报废。在说明书附图2中给出了按照现有技术加工出的产品照片。清楚的表明所 存在的技术缺陷。以上所说的铁粉和铝粉的混合粉在未成形前的加热预处理工序的工艺条件是抗 氧化保护气氛下或真空下将铁粉和铝粉的混合粉末加热至400-950°C，自然冷却。以上的基本条件可以保证铁粉和铝粉的混合粉经过400-950°C的预加热处理，已 经完成了本发明目的中的设计要求，释放了引起形体外观和空隙率均质被破坏的潜在能 量。混合料中会出现部分烧结的现象可以通过以下的进一步处理得到解决。以上的铁粉和铝粉的混合粉末在成形前的加热预处理工序中还包括对冷却后的 混合料进行破碎研磨处理，形成有利于成形的混合物料。对以上混合粉末加热预处理及破碎研磨后再采用等静压或模压成形，成形压力为 50-250MPa。等静压或模压成形的半成品采用抗氧化保护气氛或真空下烧结，烧结温度为 950-1280°C，烧结后自然冷却。以上所说的利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方法中所说 的用于成形的混合物料完全可以直接用粒径不大于500 μ m的Fe粉和铁铝化合物粉末直接替代。下面给出本发明的具体实施例。见如下列表实施例表1 (以下组分按照重量百分比) 实施例表2 (以下组分按照重量百分比) 实施例表3 (重量百分比) 实施例表4 (重量百分比) 实施例表5 (重量百分比) 实施例表6 (重量百分比) 实施例表6 (重量百分比) 参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl2粉的混合时，Fe粉和FeAl2粉的重 量百分比为3. 8-71. 8% Fe 粉、96. 2—28. 2% FeAl20参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和Fe2Al5粉的混合，Fe粉和Fe2Al5粉的重 量百分比为14. 6-74. 7% Fe 粉、85. 4-25. 3% Fe2Al50
参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl3粉的混合，Fe粉和FeAl3粉的重量 百分比为16. 7-76. 6% Fe 粉、83. 3-23. 4% FeAl3O参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl2、Fe2Al5粉的混合，Fe粉和FeAl2、 Fe2Al5 粉的重量百分比为72-11% Fe 粉、14-34% FeAl2,14-55% Fe2Al50 参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl2、FeAl3粉的混合，Fe粉和FeAl2、 FeAl3 粉的重量百分比为74-12% Fe 粉、13-34% FeAl2,13-54% FeAl30参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和Fe2Al5、FeAl3粉的混合，Fe粉和Fe2Al5、 FeAl3 粉的重量百分比为75-15% Fe 粉、13-51% Fe2Al5、15-31 % FeAl30参照以上的实施例所述的粉末为Fe粉和FeAl2、Fe2Al5, FeAl3粉的混合，Fe粉和 FeAl2, Fe2Al5, FeAl3 粉的重量百分比为73_13% Fe,5-29% FeAl2,9-29% Fe2Al5,9-29% FeAl3。
权利要求
一种利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方法，粉末包括粒度不大于500μm的铁粉和铝粉，按照重量百分比86-41％Fe和14～59％Al均匀混合，采用等静压或模压成形，抗氧化的保护气氛或真空下烧结，其特征在于本方法在成形前对铁粉和铝粉的混合粉末进行了加热预处理工序。
2.根据权利要求1所说的利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于铁粉和铝粉的混合粉在未成形前的加热预处理工序的工艺条件是抗氧化保 护气氛下或真空下将铁粉和铝粉的混合粉末加热至400-950°C，自然冷却。
3.根据权利要求2所说的利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于铁粉和铝粉的混合粉末在成形前加热预处理工序中还包括对冷却后的混合 料进行破碎、研磨处理，形成成形用混合物料。
4.根据权利要求3所说的利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于对混合粉末加热预处理及破碎研磨后的成形用混合物料再采用等静压或模 压成形，成形压力为50-250MPa。
5.根据权利要求4所说的利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于等静压或模压成形的半成品采用抗氧化保护气氛或真空下烧结，烧结温度 为950-1280°C，烧结后自然冷却。
6.根据权利要求3所说的利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于所说的成形用混合物料直接用粒径不大于500 y m的Fe粉和铁铝化合物粉 末直接替代。
7.根据权利要求6所说的利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于以上所说的铁铝化合物粉末是FeAl2、或Fe2Al5、或FeAl3、或以上任意两种或 三种的组合。
8.根据权利要求6所述的利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于所述Fe粉末和铁铝化合物粉末的混合物是Fe粉末和FeA12粉末的组合，重 量百分比为3. 8-71. 8% Fe 粉、96. 2-28. 2% FeAl2。
9.根据权利要求6所述的利用粉末状物料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于所述的Fe粉末和FeAl化合物粉末的混合物是Fe粉末和Fe2Al5粉末的组 合，重量百分比为14. 6-74. 7% Fe 粉、85. 4-25. 3% Fe2Al5。
10.根据权利要求6所述的利用粉末状物料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于所述的Fe粉和FeAl化合物粉末的混合物是Fe粉末和FeAl3粉末的组合， 重量百分比为16. 7-76. 6% Fe 粉、83. 3-23. 4% FeAl3。
11.根据权利要求6所述的利用粉末状物料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于所述的Fe粉末和FeAl化合物粉末的混合混是Fe粉末与FeAl2、Fe2Al5两种 粉末的混合，Fe粉和FeAl2、Fe2Al5两种粉的组合的重量百分比为72_11% Fe粉、14_34% FeAl2,14-55% Fe2Al5。
12.根据权利要求6所述的利用粉末状物料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于所述的Fe粉和FeAl化合物粉的混合是Fe粉与FeAl2、FeAl3两种粉末的混 合，Fe粉和FeAl2、FeAl3两种粉末的重量百分比为74-12% Fe粉、13-34% FeAl2,13-54% FeAl3。
13.根据权利要求6所述的利用粉末状物料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于所述的粉末为Fe粉末和Fe、Al化合物粉末的混合是Fe粉与Fe2Al5、FeAl3 两种粉末的混合，Fe粉和Fe粉末和Fe2Al5、FeAl3粉末的重量百分比为75_15% Fe粉、 13-51% Fe2Al5U5-31% FeAl30
14.根据权利要求6所述的利用粉末状物料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方 法，其特征在于 所述的Fe粉和FeAl化合物粉末的混合是Fe粉与FeAl2、Fe2Al5、FeAl3三种 粉末的混合，Fe粉和FeAl2、Fe2Al5, FeAl3三种粉末混合的重量百比为73_13% Fe,5-29% FeAl2,9-29% Fe2Al5,9-29% FeAl3O
全文摘要
本发明涉及一种利用粉末状原料制作铁铝金属间化合物均质多孔材料的方法。该方法直接用于生产以铁铝金属间化合物为基础的多孔材料，或过滤元件。本发明所述的方法粉末包括粒度不大于500μm的铁粉和铝粉，按照重量百分比86-41％Fe和14～59％Al均匀混合，采用等静压或模压成形，抗氧化的保护气氛或真空下烧结，关键在于本方法在成形前对铁粉和铝粉的混合粉末进行了加热预处理工序。预处理工序的工艺条件是抗氧化保护气氛下或真空下将铁粉和铝粉的混合粉末加热至400-950℃，自然冷却后粉碎研磨，再烧结。
文档编号C22C1/08GK101838752SQ20091007420
公开日2010年9月22日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者李玉清 申请人:李玉清