[發(fā)明專利]金屬多孔材料的孔徑調(diào)節(jié)方法及金屬多孔材料的孔結構

有效

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• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102560175A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 高麟;賀躍輝;汪濤;李波
• 申請（專利權）人: 成都易態(tài)科技有限公司
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C21/00;C23C8/00;C23C10/00;C23C12/00
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所 51124
• 代理人: 王睿

技術領域

本發(fā)明涉及對金屬多孔材料的化學熱處理技術。其中首次提出了以化學熱處理來調(diào)節(jié)金屬多孔材料的孔徑，從而既保證過濾精度，并可附帶改善金屬多孔材料的表面性能；此外，本發(fā)明還涉及經(jīng)過化學熱處理后的金屬多孔材料的孔結構。

背景技術

化學熱處理是指將金屬工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。化學熱處理的種類繁多，最常見的是滲碳、滲氮以及碳氮共滲。化學熱處理的目的一般是提高工件的表面耐磨性、抗疲勞強度以及抗蝕性與抗高溫氧化性。“TiAl基合金的表面滲碳行為及其機理，江垚、賀躍輝等，材料研究學報，第19卷第2期，2005年4月”一文探討了通過滲碳改善TiAl基合金的高溫抗氧化性的問題；另外，“TiAl基合金的表面滲碳處理方法，徐強等，熱處理技術與裝備，第29卷第5期，2008年10月”也提到了類似觀點。目前，化學熱處理工藝主要應用于改善較致密金屬材料的表面性能，但尚未見到在金屬多孔材料上的應用。

另一方面，基于金屬多孔材料具有滲透性的特點，人們已經(jīng)開發(fā)出了多種以金屬多孔材料制成的過濾元件。常見的金屬多孔材料有不銹鋼、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鈦及鈦合金等；這類金屬多孔材料的可加工性能較好，但抗腐蝕性較差。還有一類金屬多孔材料為Al系金屬間化合物多孔材料，其主要包括TiAl金屬間化合物多孔材料、NiAl金屬間化合物多孔材料、FeAl金屬間化合物多孔材料；這類金屬多孔材料既有可加工性能好的優(yōu)點，同時又兼具很好的抗腐蝕性。無論是常見的金屬多孔材料還是Al系金屬間化合物多孔材料，它們都是通過粉末冶金法制造出來的，在其制造過程中，很多因素都會影響金屬多孔材料最終的孔徑大小，例如，所選用粉末的平均粒度、粒度分布、顆粒形狀以及燒結溫度等等。

總之，目前來講，當本領域技術人員為適應不同的過濾要求而去調(diào)節(jié)金屬多孔材料的孔徑時，往往只會從粉末冶金工藝的角度來尋找調(diào)整的辦法，由于對粉末冶金工藝的調(diào)整容易改變材料的力學性能，因此通常需要經(jīng)過大量的試制才能確定出可行的方案；并且可調(diào)控的孔徑尺寸大小范圍有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種通過化學熱處理實現(xiàn)孔徑調(diào)節(jié)的金屬多孔材料的孔徑調(diào)節(jié)方法。

為此，本發(fā)明的金屬多孔材料的孔徑調(diào)節(jié)方法具體是通過將至少一種元素滲入材料的孔而使其平均孔徑縮小至一定范圍內(nèi)。當元素滲入金屬多孔材料的孔表面后，引起金屬多孔材料的孔洞表層發(fā)生晶格畸變膨脹，或在孔內(nèi)表層形成新相層，從而使金屬多孔材料上的原有孔洞縮小，以達到調(diào)節(jié)孔徑的目的。因此，本發(fā)明這種孔徑調(diào)節(jié)方法比現(xiàn)有孔徑調(diào)節(jié)方法更加方便，且可控性更好；并且，由于本發(fā)明僅僅是對材料表面進行的處理，因此不會顯著損傷材料力學性能。

考慮一般過濾的需要，本發(fā)明的優(yōu)選方案是通過將至少一種元素滲入材料的孔表面而使其平均孔徑縮小至0.05～100μm。

材料平均孔徑縮小的量與具體的化學熱處理工藝有關。若材料平均孔徑縮小量很小，則會降低本發(fā)明在孔徑調(diào)節(jié)方面的實際作用；而若材料平均孔徑縮小量很大，則可能將金屬多孔材料上的原有孔洞封閉，導致過濾通量急劇下降。因此，本發(fā)明優(yōu)選的方案是通過將至少一種元素滲入材料的孔表面而使其平均孔徑縮小0.1～100μm。

進一步的，所述金屬多孔材料是指Al系金屬間化合物多孔材料。作為優(yōu)選，所述Al系金屬間化合物多孔材料是指TiAl金屬間化合物多孔材料、NiAl金屬間化合物多孔材料、FeAl金屬間化合物多孔材料中的一種。

作為優(yōu)選，所述被滲入元素是指碳、氮、硼、硫、硅、鋁、鉻中的一種或幾種。

本發(fā)明對TiAl金屬間化合物多孔材料進行滲碳的具體工藝為：先將TiAl金屬間化合物多孔材料置于滲碳的活性氣氛中，然后在800～1200℃下保溫1～12h，同時將爐內(nèi)碳勢控制在0.8～1.0％，最后得到厚度為1～30μm的滲碳層。

本發(fā)明對NiAl金屬間化合物多孔材料進行滲碳的具體工藝為：先將NiAl金屬間化合物多孔材料置于滲碳的活性氣氛中，然后在800～1200℃下保溫2～10h，同時將爐內(nèi)碳勢控制在1.0～1.2％，最后得到厚度為0.5～25μm的滲碳層。

本發(fā)明對FeAl金屬間化合物多孔材料進行滲碳的具體工藝為：先將FeAl金屬間化合物多孔材料置于滲碳的活性氣氛中，然后在800～1200℃下保溫1～9h，同時將爐內(nèi)碳勢控制在0.8～1.2％，最后得到厚度為1～50μm的滲碳層。