FeAl金属间化合物多孔材料高温硫化性能及应用

以Fe/Al元素混合粉末为原料,通过反应合成制备Fe-40%Al(原子分数)金属间化合物多孔材料。于600℃在S2(1×104Pa)+N2的混合气氛中进行高温循环硫化实验,研究FeAl金属间化合物多孔材料的硫化性能以及材料孔结构的稳定性,并与预氧化多孔FeAl、多孔316L不锈钢和多孔Ni进行对比。结果表明,经过152h的循环硫化后,多孔FeAl质量增加1.1%,预氧化多孔FeAl质量增加0.003%,而多孔316L不锈钢和多孔Ni质量分别增加10.24%和52.2%。多孔FeAl材料的最大孔径则从开始的13.9μm缓慢减小至22h的12.9μm,随后保持长时间的稳定状态,而多孔Ni和多孔316L不锈钢的最大孔径分别经历22h和52h硫化腐蚀后降为0。由此说明Fe-40%Al多孔材料的高温抗硫化性能及孔径的稳定性远优于多孔Ni和多孔316L不锈钢。经过预氧化处理的FeAl多孔材料的高温抗硫化性能更加优异。含SO2高温烟气净化试验表明,FeAl滤芯过滤器除尘效率高,工作稳定。     

Fe-Al系金属间化合物多孔材料的制备及孔结构表征

以Fe、Al元素粉末为原料,采用分段无压反应合成工艺制备Fe-Al系金属间化合物多孔材料,并对其孔结构进行表征.通过改变Fe-Al元素的配比,研究Al含量对Fe-Al金属间化合物多孔材料透气度和最大孔径以及孔隙度的影响.结果表明,Al含量对Fe-Al金属间化合物多孔材料孔隙度的影响显著.在Al含量(质量分数)20%～45%的范围内,Fe-Al金属间化合物多孔材料的孔隙度与Al含量之间遵循严格的直线增加规律;Al含量对Fe-Al金属间化合物多孔材料最大孔径和透气度的影响与对孔隙度的影响相似.本实验条件下Fe-Al系金属间化合物多孔材料中透气度(k),开孔隙度(θ)和最大孔径(dm)之间的定量关系式为:K=0.2538dm2θ.     

梯度孔径FeAl金属间化合物多孔材料的制备与性能

先以Fe、Al元素粉末为原料,采用偏扩散/反应合成-烧结工艺制备FeAl金属间化合物多孔材料支撑体,再用粉末湿法喷涂技术将羰基Fe-25Al混合粉喷涂于支撑体表面,经过压制和真空烧结,获得具有梯度孔径的FeAl多孔材料。通过XRD、SEM等测试手段对烧结后的支撑体以及孔结构性能进行表征,并研究压制压力对FeAl多孔材料孔结构性能的影响。结果表明,梯度孔径FeAl多孔材料的最大孔径、透气度及开孔隙度都随压制压力升高而减小。但相对于支撑体,涂层压制压力为120 MPa时最大孔径和透气度分别减小76.46%和32.86%,而开孔隙度略有增大。     

FeAl多孔材料制备过程中烧结气氛对Al元素挥发及其抗水腐蚀的影响

以Fe、Al元素粉末为原料,采用粉末冶金法,通过偏扩散/反应合成烧结,制备FeAl金属间化合物多孔材料。通过XRD、SEM、EDS等表征手段,研究多孔试样烧结过程中基础元素的挥发及孔结构变化行为,并进行室温状态下的抗水腐蚀实验。结果表明,在1 000~1 300℃之间,随温度升高,试样在真空烧结过程中的质量损失率升高,在最终烧结温度为1 300℃、保温4 h的条件下,质量损失率为10.5%;而试样在氩气氛烧结过程中,随温度升高试样质量几乎没有变化;氩气氛烧结条件下制备的FeAl多孔材料的抗水腐蚀性能明显优于真空条件下制备的多孔试样。氩气氛条件下烧结制备FeAl金属间化合物多孔材料能够避免真空烧结过程中Al元素的挥发,从而有效提高FeAl金属间化合物多孔材料的抗水腐蚀性能。     

FeAl多孔膜材料的制备及高温抗氧化性能

以大通量、大孔径的FeAl金属间化合物多孔材料作支撑体,在其上制备1层小孔径的同质FeAl多孔膜,得到均质FeAl金属间化合物多孔膜材料。采用SEM和孔结构测试,研究膜层厚度对FeAl多孔膜材料最终孔结构参数的影响,并对FeAl膜材料的高温抗氧化性能进行研究。结果表明:所制FeAl多孔膜材料表面平整,无裂纹等缺陷;随膜层厚度的增加,FeAl多孔膜材料的最大孔径、透气度均降低,相对于支撑体,膜厚为120μm时的最大孔径从11.7μm减小至9.3μm,透气度减小幅度为45.2%。FeAl多孔膜材料具有优异的高温抗氧化性能,经550℃循环氧化40 h后,膜厚分别为120、180和260μm的试样的质量变化率仅分别为1.87%、1.25%和0.25%。     

铝质量分数对FeCrAl合金多孔材料性能的影响

铁铬铝（FeCrAl）合金是一种典型的耐热合金,由其开发而成的耐高温金属多孔材料已经在煤气净化、高温催化剂载体等方面获得了广泛的应用。在反应合成制备FeCrAl合金多孔材料过程中,铝质量分数在多孔材料孔结构、力学性能及抗氧化性能等方面具有重要影响。本文在Fe?20%Cr合金（质量分数）基础上添加不同质量分数的铝粉（0～20%）,以铁、铝、铬元素混合粉为原料,通过反应合成方法制备了一系列FeCrAl合金多孔材料（Fe?20Cr?xAl,x=0～20%,质量分数）,研究了铝质量分数对Fe?20Cr?xAl多孔材料物相、孔结构、力学性能以及抗氧化性能的影响。结果表明,添加5%铝（质量分数）的Fe?20Cr?xAl多孔材料具有较优的孔隙度和力学性能,同时在600～800 ℃高温氧化实验中表现出最优的抗氧化性能和力学性能稳定性。     

造孔剂(NH_4)_2CO_3含量对FeAl多孔材料性能的影响

以Fe、Al元素粉末为原料,通过添加造孔剂(NH4)2CO3,利用偏扩散/反应合成,制备具有可控孔结构特征、高孔隙率的FeAl多孔材料;采用XRD、SEM、OM及孔结构与力学性能检测等测试手段研究造孔剂(NH4)2CO3添加量对FeAl多孔材料的孔结构与力学性能的影响。结果表明,随造孔剂添加量增加,FeAl多孔材料的孔隙率升高,当造孔剂质量分数为15%时,孔隙率高达60%;力学性能随孔隙率增加而下降,抗弯强度与孔隙率呈指数递减关系;并得出了孔隙率与抗拉强度关系的定量方程σb=165(1-p)2.4。     

Al-Mg金属间化合物多孔材料的制备

以Al和Mg元素混合粉末为原料,用粉末冶金模压成形和无压反应烧结方法制备出Al-Mg金属间化合物多孔材料,研究反应过程中Al-Mg金属间化合物多孔材料的相转变、体积膨胀、孔结构参数和显微形貌的变化,并对其孔隙形成机理进行讨论。研究结果表明:烧结后Al-Mg金属间化合物形成了均一的Al3Mg2相并发生了显著的体积膨胀,开孔隙率随温度的升高而增大,经435℃烧结后,达到24.7%;造孔机理是压制过程中粉末颗粒间隙孔的产生和固相扩散过程中的Kirkendall效应造孔。     

废SCR钛基脱硝催化剂铝热还原重熔制备含铬钛铝基合金的试验研究

首次利用废选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂为原料,采用铝热还原—重熔法进行了Ti-Al基合金制备的试验研究,并通过添加不同含量的Cr元素,研究Cr对合金微观组织、物相组成及性能的影响。通过X射线衍射(XRD)和能谱(EDS)分析,发现未添加Cr元素的合金中所观察到的相主要由Ti_(0.8)V_(0.2)Al_3、TiAl_2、Ti_3Al、TiAl等钛铝金属间化合物,Ti_5Si_3、TiSi_2等钛硅化合物,CaAl_4O_7、Ca_2AlSiO_(5.5)等氧化物组成。添加Cr元素可降低高铝型钛铝化合物的形成,减少钙铝氧化物含量,形成含铬元素的Ti_(0.25)Cr_(0.08)Al_(0.67)相,增加Ti_3Al与TiAl类物相的生成。通过Pandat热化学软件的物相衍变计算得出,Cr的添加可大幅度降低Al_3(Ti,V)的相比率,降低一定量的(Ti,Cr)_5Si_3相比率,同时增加TiAl相的形成。硬度测试结果表明,随Cr含量的增加,合金硬度整体呈上升趋势。这可能是由于等轴晶TiAl类物相的均匀分布和(Ti,W)_5Si_3相的减少所导致的。     

原位合成NiAl(FeAl)/TiB_2+Al_2O_3复合材料

Al2O3+TiB2复相陶瓷材料具有高硬度、高熔点、高导热、低膨胀系数、高耐磨性、高温化学稳定性等优良的性能,但由于两种材料都属于硬而脆的材料,复合后仍然存在脆性大、裂纹敏感性强、抗机械冲击性和温度急变形差等缺点.为了克服这些缺点,在陶瓷相中添加金属间化合物(NiAl或FeAl).X射线衍射结果表明,合成产物的主要组成相分别为Al2O3+TiB2、Al2O3+TiB2+NiAl及Al2O3+TiB2+FeAl,进行燃烧合成反应.通过对不同成分反应产物的相对密度、强度、断裂韧度对比,可知产物的相对密度在FeAl含量为15%时达到最高99.5%,Al2O3+TiB2+NiAl体系中在NiAl含量为20%时达到最高98.5%.随着金属间化合物含量的增加,合成复合材料的硬度下降,而断裂韧度提高.     

Ni-Cr-Co-W-Mo-Al-Ti合金制备多孔材料的组织与性能研究

用粉末烧结法制备了孔结构为球形中空孔和线型中空孔的镍基多孔高温合金材料.对试样进行显微组织观察和力学性能测试.结果表明:制备的多孔高温合金材料的孔隙分布均匀,孔径大小一致.通过高温烧结,多孔合金骨架处的金属颗粒之间形成了烧结颈,发生了烧结结合.生成孔的孔隙度随造孔剂(尿素)的添加量增加而增加,当造孔剂的质量分数为40%时,可得到孔隙度为81.62%的球形多孔材料.多孔材料具有优良的能量吸收性能,其压缩性能随孔隙度和孔径的增加而下降.     

粉末粒度对Ti-35A1多孔材料孔结构的影响

粉末粒度是影响Ti-35Al多孔材料孔结构的主要因素之一.本文采用元素粉末反应合成工艺制备Ti-35Al 多孔材料,在其它制备参数一定的条件下,系统研究Ti/Al元素粉末的粒度与Ti-35Al多孔材料的孔隙度、孔径和透气度等孔结构参数之间的定量关系.结果表明:粉末粒度是决定Ti-A1合金多孔材料最大孔径的主要因素,多孔...     

多孔钛的粉末冶金法制备及其力学性能

采用粉末冶金法成功制备出力学性能与骨匹配的开孔型多孔钛,其孔隙率分布在8.6%～35.4%之间,平均孔径随孔隙率增加而增加;抗压强度随孔隙率的增加而降低,分布在252～848 MPa之间;通过应力-应变曲线计算得到其弹性模量在7.2～9.9 GPa之间,接近人骨弹性模量。此多孔钛有望成为理想的人工骨修复材料。     

A two-stage approach of manufacturing FeAl40 iron aluminides by self-propagating synthesis and pressureless sintering

A two-stage sintering process was successfully used to sinter FeAl to densification levels of just above 95% at a temperature of 1300°C. In the first stage, mixed iron and aluminium powders were synthesised at 750°C via self-propagating high-temperature synthesis (SHS) to form brittle and porous Fe₂Al₅. Then the pellets were crushed and milled to various sizes and mixed with iron powders in the nominal composition of FeAl40 and pressurelessly sintered at a higher temperature to obtain a higher densification by taking advantage of the less violent exothermic reaction of Fe₂Al₅ and Fe. The intermediate and end products in SHS and sintering were characterised by SEM/EDX and XRD. The porosity level of the final FeAl40 product was controlled by the heating rate and powder size, which was also strongly influenced by the temperature, holding time and the ratio of the two powders.     

制备铁基高温合金多孔材料的新方法

向Fe-Cr-W-Ti-Y合金粉末中添加原子比为3∶1的Fe/Al混合粉末,利用Kirkendall效应和Fe、Al反应造孔制备铁基高温合金多孔材料.研究Fe/Al混合粉末的添加量对Fe-Cr-W-Ti-Y高温多孔材料开孔隙率及孔结构的影响.结果表明,加入Fe/Al混合粉末能显著提高烧结坯的开孔隙率,但并非所加Fe/Al混合粉末含量越多越好,Fe/Al混合粉末质量分数为15％时,烧结坯开孔隙率达到最大值33％.Fe/Al混合粉添加量在15％～45％范围内,随Fe/Al混合粉末含量增加烧结坯的开孔隙率下降.     

放电等离子烧结法制备以升华性材料为造孔剂的人体植入骨替代多孔镁块体材料

以萘为造孔剂, 采用放电等离子烧结技术(spark plasma sintering, SPS)制备多孔镁块体材料。结果表明, 采用放电等离子烧结技术在470℃时可以制备出结构与尺寸可控性好、开孔率与孔隙率(44.25%)较高、粉体颗粒无明显长大的多孔金属镁块体材料。升华性造孔剂可对孔隙体积进行有效调节, 实现多孔镁材料体内小孔与大孔的合理搭配, 进一步改善多孔镁材料孔隙之间的连通性。将升华性造孔剂与放电等离子烧结技术相结合后, 对于开孔性与颗粒连接性要求较高的多孔金属材料制备具有技术优势, 并对解决传统造孔剂法制备生物多孔金属材料所面临的二次污染问题具有很好的借鉴意义。     

人工髋关节用复合多孔钛股骨头制备方法的研究

本研究采用等离子旋转电极制取的Tc4钛合金球形粉末,涂覆在致密芯杆上,制成柄部表面多孔层厚度约2mm的复合多孔钛股头。本文着重研究了原始粉末粒度、烧结制度、基体表面粗糙度对复合多孔层的孔径、孔隙度以及多孔层与基体间结合强度的影响,同时还测定了复合多孔钛股头的机械性能。研究结果表明,材料的最大孔径主要取决于原始粉末粒度,并随粉末粒度的增大而线性增加。影响结合强度的主要因素是烧结制度、原始粉末粒度和基体表面粗糙度。其结合强度随烧结温度的提高、保温时间的延长、原始粉末粒度的下降和基体表面粗糙度的增加而增加。孔隙度仅取决于粉末的堆积状态。所获得的复合多孔钛股头的机械性能为σ_b=830~880 MPa,σ_0.2=810~840 MPa,σ=9.5~12.0%,ψ=26.0~33.0%。     

NaCl造孔剂添加量对多孔NiTi合金孔结构和力学性能的影响

选用Na Cl作为造孔剂,采用压制+烧结法制备孔结构和弹性模量可控的多孔Ni Ti形状记忆合金,采用SEM,XRD和形状回复率检测等测试手段研究造孔剂添加量对Ni Ti形状记忆合金的孔结构和力学性能的影响。结果表明:随Na Cl添加量增加,多孔体孔隙率从39%上升到72%,孔径大于50μm的孔隙数量明显增加;多孔体主要由Ni Ti奥氏体相(B2)和马氏体相(B19′)组成,并存在少量Ni Ti2,Ni3Ti和Ni4Ti3等相;合金的弹性模量随造孔剂的添加从30%时的10.8 GPa下降到70%时的1.5 GPa;当添加量为50%时,多孔体孔隙分布均匀,大于50μm的孔隙占45%,弹性模量为4.8 GPa,形状回复率达到最高值83%,最适合多孔植入体的要求。     

Permeability of porous materials from refractory compounds

Summary A study was made of porous materials from spheroidized powders of refractory compounds. A relationship is established linking permeability with porosity and the particle size of the powder from which the materials were prepared. An empirical formula is proposed for determining the dependence of the coefficient of permeability on powder particle size and component porosity under linear filtration conditions. The integral and differential pore radius distribution curves obtained show that such materials are relatively homoporous and exhibit little scatter in pore radius size.Translated from Poroshkovaya Metallurgiya, No. 1(49), pp. 27–30, January, 1967.