多孔金属材料的制备工艺研究进展及应用

多孔金属作为新型轻质金属,具有传统金属不具备的优点,如比重小、比表面积大、散热能力强等,是一种兼具结构性和功能性的金属材料,已成为当今新型功能材料领域研究的热点。简述了多孔金属材料的制备方法及原理,包括烧结法、铸造法及其他方法;详细介绍了多孔金属材料在过滤分离领域、隔音降噪领域、催化剂载体及医用生物材料等诸多领域的发展状况及广泛应用;提出了以轧钢过程中产生的氧化铁皮为主要原料,以粉末冶金方法经过高温真空还原烧结得到多孔不锈钢的新技术,该技术将氧化铁皮的还原和金属颗粒的烧结整合为一步,在一定程度上简化制备工艺、缩短了制备时间,提高了生产效率;最后对多孔金属材料未来的发展趋势进行了展望。     

轧钢铁皮制备多孔不锈钢化学成分及孔隙控制

 为了充分发挥氧化铁皮含铁品位高、杂质元素含量低、产生量大的优势和特点,并开发高附加值的金属制品,采用真空还原烧结的方法制备了316多孔不锈钢,并确定了适宜的制备工艺以及孔隙率的影响因素。研究过程中采用高温真空管式炉对试样进行还原烧结制备;采用直读光谱、氧氢氮联合检测仪、X射线衍射分析仪、扫描电镜等设备对试样的化学成分、物相组成和微观形貌进行了分析。研究结果表明,以轧钢铁皮为主要原料,配入还原剂及其他合金粉末,通过高温真空还原可以得到成分合格的316多孔不锈钢,确定最佳制备工艺为10-3Pa真空度、1 200 ℃下保温3 h;还原烧结过程中,锰合金的收得率仅为61%。制备出的试样为单一的奥氏体组织,同时有Cr₇C₃在晶内析出,晶界附近存在σ相析出。保温0~3 h内,试样的孔隙率由37.26%增加至40.27%,延长保温时间至4 h,金属颗粒之间的烧结更加完全,孔隙率降低至35.16%;将制坯压力由76.43增加至152.87 MPa,多孔不锈钢的孔隙率由42.07%降低至34.44%,呈现逐渐降低趋势。当制样压力大于152.87 MPa时,发生了造孔剂偏聚的现象,导致孔隙率略微增加至35.76%。造孔剂碳酸氢铵每多增加10%,多孔不锈钢的孔隙率增加9.3%。通过对正交试验分析发现造孔剂加入量对多孔不锈钢孔隙率的影响最为显著,制样压力次之,保温时间对孔隙率的影响最小。     

氧化铁皮非等温碳热还原动力学研究

采用热分析动力学方法，研究了不同升温速率条件下氧化铁皮的非等温碳热还原动力学，采用Flynn-Wall-Ozawa法和?atava-?esták法计算了反应动力学参数中的活化能，确定了反应机制函数。结果表明，随着升温速率的增大，反应的起始温度逐渐增加。当升温速率为15 K/min，反应起始温度为950℃左右，还原反应进行的最彻底，还原率几乎接近1。当还原反应进入平台期时，还原率不再随温度的变化而改变。用Flynn-Wall-Ozawa法计算的活化能为377.29 kJ/mol，碳的气化反应、化学界面反应和内扩散均在碳热还原过程中起限制作用。A_3/2是氧化铁皮碳热还原的机制函数，并根据得到的动力学参数建立了非等温还原模型，函数为g(α)=[-ln (1-α)]^2/3和f (α)=3/2(1-α)[-ln (1-α)]^1/3。