高熔點(diǎn)不銹鋼泡沫的制備及其表面改性研究.pdf

1、金屬泡沫的獨(dú)特結(jié)構(gòu)與性能，使得其在化工、冶金、能源、航空、汽車、建筑等領(lǐng)域受到越來越廣泛的重視。高熔點(diǎn)金屬泡沫由于具有更高的比強(qiáng)度及優(yōu)異的抗氧化、耐腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)，使得其在汽車尾氣處理、高溫冶金熔體的凈化等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前的制備方法大大限制了高溫泡沫的應(yīng)用范圍與實(shí)用化進(jìn)程，因此，研究新穎的高溫泡沫制備技術(shù)意義相當(dāng)重大。本論文主要研究了具有良好三維通孔結(jié)構(gòu)、較高抗彎強(qiáng)度的不銹鋼泡沫的制備工藝，并對如何提高不銹鋼泡沫的抗高

2、溫氧化性和耐腐蝕性能進(jìn)行了分析研究。主要的研究結(jié)果如下： (1)在課題小組前期工作的研究過程中，找到了制備前驅(qū)體的較優(yōu)工藝。本論文在前期工作的基礎(chǔ)上，對制備工藝進(jìn)行了改良，對前驅(qū)體分步進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，可制得具有良好三維通孔結(jié)構(gòu)的不銹鋼泡沫材料。 (2)通過對聚乙烯醇、聚氨酯海綿和前驅(qū)體的DSC-DTA分析，制定了前驅(qū)體的真空熱脫脂工藝，將整個熱脫脂過程分為四個階段，在200℃～600℃溫度范圍內(nèi)，控制1℃/min的升溫速

3、度加熱，其中分別在300℃和600℃保溫60min。脫脂后，有機(jī)物基本上能被脫除，試樣表面沒有宏觀缺陷，試樣中的有機(jī)物脫除后，留下大量空洞，且顆粒之間已形成部分燒結(jié)頸，使試樣具有了一定的強(qiáng)度。 (3)對熱脫脂過程中粘結(jié)劑脫除機(jī)理進(jìn)行了初步探討。在脫脂過程中，粘結(jié)劑的脫除需要一定的通道。因此，首先在試樣表面形成初始表面孔隙；初始表面孔隙形成以后，由于毛細(xì)管力的作用，內(nèi)部熔化狀態(tài)的粘結(jié)劑被吸出，伴隨著粘結(jié)劑的流動，金屬粉末隨之發(fā)生顆

4、粒重排，從而使脫脂后試樣表面金屬小球數(shù)量增多，有利于燒結(jié)時的致密化。 (4)對脫脂后的前驅(qū)體進(jìn)行真空燒結(jié)時，不銹鋼泡沫的表觀密度和線收縮率隨溫度的升高而增大，開孔孔隙率隨溫度的升高而減小；抗彎強(qiáng)度在1200℃到1260℃之間是隨溫度升高而增大的，當(dāng)溫度超過1260℃后，其抗彎強(qiáng)度反而有所降低；保溫時間對制品表觀密度、線收縮率、開孔率和抗彎強(qiáng)度的影響沒有燒結(jié)溫度影響那么強(qiáng)烈。隨保溫時間的延長，燒結(jié)制品的表觀密度和線收縮率增大，抗彎

5、強(qiáng)度增大，開孔率降低；在燒結(jié)過程中，如果升溫速度太快或燒結(jié)溫度太高，都會使不銹鋼泡沫產(chǎn)生開裂、塌陷變形等缺陷。不銹鋼泡沫的較優(yōu)燒結(jié)工藝參數(shù)為在1260℃溫度下保溫60min，在此工藝條件下制得的不銹鋼泡沫，具有良好的三維通孔結(jié)構(gòu)，沒有缺陷產(chǎn)生，其孔徑大小為1mm左右，開孔率為81.4％，抗彎強(qiáng)度為56.8MPa。 (5)孔隙是影響泡沫材料抗高溫氧化性和耐蝕性能的主要因素，較多數(shù)量和較大尺寸的孔隙會增加氧氣和腐蝕介質(zhì)與樣品的接觸面

6、積，從而使抗高溫氧化性和耐腐蝕性降低。而燒結(jié)制品的燒結(jié)密度隨著燒結(jié)溫度的升高而增大，因此，提高燒結(jié)溫度有利于燒結(jié)制品抗高溫氧化性和耐蝕性的提高。 (6)提出了一種進(jìn)一步提高不銹鋼泡沫抗高溫氧化性和耐腐蝕性的方法，即對不銹鋼泡沫進(jìn)行固體粉末包埋滲鋁處理。固體粉末包埋滲鋁處理可使不銹鋼泡沫表面形成厚度約100μm的鋁滲層，滲層表面的EDX分析表明，表面鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到22.83％，滲層與基體之間結(jié)合緊密，滲層主要由NiAl和Ni3A