Fe-Al、Ti-Al和Ni-Al系金属间化合物多孔材料的研究进展

总结Fe-Al、Ti-Al、Ni-Al 3大系金属间化合物的物相结构和基本特性,论述Fe-Al、Ti-Al和Ni-Al 3大类金属间化合物多孔材料的制备方法、孔结构表征以及耐腐蚀性能,并指出孔结构参数的可控性研究、复合材料的制备和焊接性能的提高是金属间化合物多孔材料未来的研究重点。

FeAl金属间化合物多孔材料的制备

以Fe、Al粉末为原料,用反应合成工艺制备FeAl金属间化合物多孔材料,表征了孔结构.结果表明,在FeAl金属间化合物多孔材料的制备过程中烧结坯发生明显的体积膨胀;在1000℃以下,随着烧结温度的升高FeAl烧结坯的孔隙度和最大孔径增大;经1000℃烧结后FeAl多孔材料的孔隙度为35.3%,最大孔径为2.0μm;造孔机理是Kirkendall效应造孔、反应造孔以及粉末颗粒间隙孔的演变.

Ti-Al金属间化合物多孔材料的研究进展

Ti-Al金属间化合物多孔材料兼备陶瓷和金属多孔材料的性能优势,为具有很大发展潜力的新型无机多孔材料。目前,对于Ti-Al金属间化合物多孔材料的研究包括以下3个方面:反应合成Ti-Al金属间化合物多孔材料的制备及孔结构形成过程和机理;偏扩散-反应合成-烧结制备的Ti-Al金属间化合物多孔材料的物理、化学性能;偏扩散-反应合成Ti-Al金属间化合物多孔材料的应用及其潜力。Ti-Al金属间化合物多孔材料包括多孔体、多孔膜和多孔纸型膜等多种形式;Ti-Al金属间化合物多孔材料的性能主要包括膨胀特性、孔结构性能、抗环境腐蚀性能及焊接性能;Ti-Al金属间化合物多孔材料的现有应用范围主要包括过程工业中流体介质的过滤分离净化,以及化学工业中复合钯膜的支撑体。

Ti-Al系金属间化合物多孔材料的制备和性能

使用粉末冶金模压成形和无压反应烧结方法,制备出Ti-Al系金属间化合物多孔材料,研究了铝含量对其孔隙形成机理以及孔结构性能的影响.结果表明:烧结后Ti-Al合金坯块发生了显著的体积膨胀;最大孔径和开孔隙率都随着铝含量的增加而增大,当铝含量(质量分数)超过60%时,总孔隙率出现下降趋势;Kirkendall效应导致的钛铝元素偏扩散反应是体积膨胀和孔隙形成的主要原因.

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=0.2538d2mθ。

Fe_3Al金属间化合物多孔材料的研究

采用粉末冶金方法制备了Fe3Al多孔材料,研究了烧结温度等工艺参数对Fe3Al多孔材料的力学性能、过滤特性的影响,考察了制得的Fe3Al多孔材料的高温强度和耐腐蚀性能。结果表明,Fe3Al烧结多孔材料具有很好的抗拉强度、渗透特性和耐腐蚀性能。

Ni_3Al金属间化合物多孔材料的抗盐酸腐蚀性能

以Ni、Al元素混合粉末为原料,用偏扩散-反应合成-烧结的粉末冶金法制备Ni3Al金属间化合物多孔材料,在室温20℃下pH为2和3时以及90℃下pH=2时研究Ni3Al金属间化合物多孔材料在盐酸溶液中的腐蚀动力学曲线、孔结构稳定性和表面形貌变化以及Tafel曲线,并与Ni金属多孔材料进行比较。结果表明:Ni3Al金属间化合物多孔材料在盐酸中的质量损失率显著地低于Ni多孔材料的,且Ni3Al金属间化合物多孔材料的孔结构在腐蚀介质中长期稳定,并显示出优异的抗盐酸腐蚀能力。

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。

粉末粒度对FeAl金属间化合物多孔材料孔结构的影响

研究了粉末粒度对FeAl金属间化合物多孔材料孔结构的影响。研究表明,当粉末粒径在60μm以上时,随着粉末粒径的增加,FeAl金属间化合物多孔材料的总孔隙度和开孔隙度变化不大,即粉末粒度不是决定FeAl多孔材料孔隙度的主要因素;粉末粒度是决定FeAl金属间化合物多孔材料最大孔径的主要因素,在18～125μm的粒度范围内,多孔体最大孔径与粉末粒径之间严格遵循dm=0.4.dp的直线变化规律。

压制压力对Ni_3Al金属间化合物多孔材料孔结构及抗拉强度的影响

以Ni、Al元素粉末为原料,采用粉末冶金的方法制备Ni3Al多孔金属间化合物。研究了压制压力对Ni3Al多孔金属间化合物孔结构和抗拉强度的影响。研究结果表明,随着压制压力的增大,Ni3Al多孔金属间化合物的孔隙度呈线性减小的趋势;当压制压力达到220MPa以上时,随着压制压力的增大,Ni3Al多孔金属间化合物的最大孔径和透气度减小幅度趋缓;最大孔径是决定透气度大小的主要因素;抗拉强度与压制压力之间的关系式为sb=600(0.06P-41.51)2.45。

含Al金属间化合物多孔材料的研究进展

多孔金属间化合物兼备陶瓷和金属的优点,具有低密度、高弹性模量、高导热系数、高比强度和比刚度、优异的高温抗氧化性能等优点,是一种具有很大发展潜力的新型无机多孔材料。系统地总结了Ti-Al、Fe-Al和Ni-Al三大含Al金属间化合物多孔材料制备工艺与组织结构的国内外最新研究进展、目前存在的问题以及在过滤等领域的应用前景。对三种多孔材料的制备工艺进行了详细归纳,包括元素反应法、造孔剂法、燃烧合成以及浸渍法等,重点介绍了热爆反应快速制备高孔隙率多孔材料方面的最新成果与优势;最后指出了金属间化合物多孔材料目前存在的问题以及未来的研究重点和发展趋势。

Fe-Si金属间化合物多孔材料的制备与耐腐蚀性能

以Fe粉和Si粉为原料,采用模压成形–真空烧结法制备Si的摩尔分数分别为25%,38%和50%的3种Fe-Si金属间化合物多孔材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和泡压法等对不同组分Fe-Si多孔材料的物相组成、微观形貌和孔结构特征进行表征,通过静态浸泡腐蚀实验研究Fe-50%Si多孔材料在酸、碱、盐溶液中的耐腐蚀性能。结果表明:这3种Fe-Si金属间化合物多孔材料的孔隙特征明显,平均孔径约为15μm,N2渗透通量约为170 m3/(m2·k Pa·h)。Fe-50%Si金属间化合物多孔材料在碱溶液中浸泡腐蚀30 d后,质量增加率为1.93%,N2渗透通量降至77 m3/(m2·k Pa·h),耐碱腐蚀性能较差;而在强酸及盐溶液中经过30 d浸泡腐蚀后,孔隙形貌几乎无变化,质量增加率仅分别为0.23%和0.17%,孔径和N2渗透通量几乎未发生变化,表现出优异的耐腐蚀性能。

新型Ti-Al金属间化合物多孔材料的弹性模量表征

基于新型Ti-Al金属间化合物多孔材料的孔隙微观结构特点,采用三维八面体结构模型,首次通过能量法推导出该多孔材料的弹性模量理论计算公式,并分析孔棱横截面形状和剪力对相对弹性模量的影响规律。结果表明,与现有模型相比,本文模型推导弹性模量理论公式过程更简单,且因考虑了孔棱横截面形状及孔棱内力(含轴力、剪力、弯矩)对相对弹性模量的影响,所得结果更为精确且偏于安全。孔棱横截面形状和剪力对相对弹性模量的影响均随相对密度的增加而增大,当相对密度较小时两者均可忽略不计。新型Ti-Al金属间化合物多孔材料的弹性模量表征为该材料的工程实际应用提供了可靠的理论依据。

反应合成Ni-Al金属间化合物多孔材料的研究

采用自蔓燃高温合成技术(SHS)制备Ni-Al金属间化合物多孔材料。采用XRD和SEM分析了SHS反应生成的多孔材料的相组成和微观形貌。结果表明:利用自蔓燃高温合成法制备的Ni-Al金属间化合物多孔材料,产物主要相组成为Ni3Al和NiAl,还有少量的Ni固溶体;反应形成的多孔材料的孔洞形状不规则、结构复杂,孔道曲折,孔壁粗糙,大大增加了多孔材料的比表面积;Ni/Al质量比为4∶1的反应产物比质量比为3∶1的反应产物致密,且孔洞直径较小,颗粒也较细小、均匀。

新型Ti-Al金属间化合物多孔材料有效泊松比的理论表征

基于新型Ti-Al金属间化合物多孔材料真实孔隙的空间结构特征,采用三维八面体结构模型,首次通过能量法推导出表征多孔材料有效泊松比的理论公式,给出有效泊松比与其相对密度的显式表达式。并以圆形截面的孔棱为例,将本文有效泊松比与已有结果进行比较。结果表明:本文方法表征有效泊松比理论公式的推导过程更简单直接,所得结果更合理可靠。同时分析了孔棱横截面的几何形状和孔棱变形时剪力对有效泊松比的影响规律。分析表明,两者对有效泊松比的影响均随相对密度增大而增加,当相对密度较大时必须考虑剪力的影响。

金属间化合物多孔材料制备及其性能研究进展

金属间化合物多孔材料兼备多孔陶瓷和多孔金属的优点,具优点为力学性能佳、耐高温,且具备陶瓷的耐酸碱腐蚀性能、抗氧化性能以及金属的可加工性能,此新型无机多孔材料在未来市场上具有很大的发展潜力。其制备方法有自蔓延高温烧结、固态偏扩散-活化反应烧结、造孔剂法、原位反应烧结法和注射成形法等,但以上方法均存在一定的缺陷,如何在保证产品近净成形的基础上实现孔隙结构的精确调控和减少杂质含量,是研究者们关注的重点。本文将重点从金属间化合物多孔材料的制备、抗高温氧化、抗酸/碱腐蚀及加工力学性能等四个方面展开阐述,指出该材料的研究现状和存在的问题,并对其研究发展作出了展望。

添加Cr合金化FeAl金属间化合物多孔材料的制备及性能

在Fe-25%Al金属间化合物成分基础上,添加铬（Cr）元素进行合金化,通过元素偏扩散-反应合成-烧结的方法制备含Cr的铁铝（FeAl）金属间化合物多孔材料,并采用X射线衍射（XRD）分析反应合成过程中的物相变化,采用孔结构测试仪、排水法、弯曲试验和冲击试验研究Cr含量对FeAl金属间化合物多孔材料孔结构和力学性能的影响,通过静态腐蚀实验研究Cr合金化FeAl多孔材料的耐腐蚀性能。结果表明：Cr含量为20%时,制得的FeAl多孔材料物相仍为单一FeAl相;其中,Cr含量为5%~10%时,FeAl多孔材料的强度和韧性值较高;随Cr含量增加,FeAl多孔材料的孔径和孔隙度均增大,材料的氧化和硫化速率显著降低。

Fe_3Al金属间化合物多孔材料的孔隙特征

通过在Fe3Al粉末中添加挥发性造孔剂,利用粉末冶金技术制备了Fe3Al金属间化合物多孔材料,研究了其孔隙特性和成孔机理,并通过计算分析了孔隙比表面积及平均有效孔径。结果表明:随着Fe3Al多孔材料的开孔隙率不断增加,材料比表面积不断减小,平均有效孔径不断增大;通过近似计算,得出添加25%聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的试样平均有效孔径达到21.6μm,比表面积超过2 000 cm2.cm-3;Fe3Al多孔材料内部大孔壁上的微孔可以帮助造孔剂顺利挥发排除,也可以增加Fe3Al多孔材料比表面积和渗透性能。

Mn-Si金属间化合物多孔材料的制备

以Mn、Si元素粉末为原料,用反应合成方法制备Mn-Si金属间化合物多孔材料,表征各烧结温度所对应的孔结构、膨胀率和微观形貌,研究烧结过程中孔隙产生的机理。结果表明:在Mn-Si金属间化合物多孔材料的制备过程中烧结体发生明显的体积膨胀,烧结温度在800℃之前时膨胀率和开孔隙率随着温度的升高不断增大,800℃以后,膨胀率和开孔隙率均呈下降趋势;在最终烧结温度1040℃下得到开孔隙率为47.60%、平均孔径为11.97μm、孔结构均匀的多孔材料。探讨多孔材料的造孔机理,主要为压制孔隙的演变,成型剂的脱除,以及Mn元素和Si元素在扩散反应中不同扩散速度引起的Kirkendall效应。

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。