一種高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金的制備方法,屬于泡沫金屬制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將鋁粉、氧化鐵、石灰石、聚四氟乙烯與正己烷混合后于膠體磨中研磨,待干燥后過篩收集混合粉末,然后將其與助燃劑氯酸鉀,引燃劑鎂粉攪拌出料,加入模具后用鎂條引燃,引發(fā)模具內(nèi)物料自發(fā)反應(yīng),形成高溫環(huán)境,使石灰石分解產(chǎn)生氣體,使材料發(fā)泡,經(jīng)洗滌干燥后,在高溫條件下,使氫氣擴(kuò)散至發(fā)泡材料內(nèi)部還原其中的金屬氧化物,冷卻即得高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金。實(shí)例證明,本發(fā)明制備工藝簡便,制得的材料強(qiáng)度高,耐氧化、耐磨性能好,具有廣泛應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種高強(qiáng)耐磨泡沬鐵合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金的制備方法,屬于泡沫金屬制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫金屬是一種物理功能與結(jié)構(gòu)特性一體化的新型工程材料。80年代初國際上開始金屬泡沫材料研制,金屬泡沫材料具備質(zhì)輕、隔音、過濾和阻燃特性,又有很強(qiáng)的吸震和電磁屏蔽作用,因此,廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)。90年代起,泡沫金屬推廣應(yīng)用于民用工業(yè),例如,高水平的泡沫鎳應(yīng)用于電容和超級電容的制備。目前,我國泡沫金屬研制和生產(chǎn)技術(shù)水平居于世界前列。
[0003]泡沫金屬是指含有泡沫氣孔的特種金屬材料。通過其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),泡沫金屬擁有密度小、隔熱性能好、隔音性能好以及能夠吸收電磁波等一系列良好優(yōu)點(diǎn),是隨著人類科技逐步發(fā)展起來的一類新型材料常用于航空航天、石油化工等一系列工業(yè)開發(fā)上。
[0004]泡沫金屬的孔隙度常常達(dá)到90%以上,并且具有一定強(qiáng)度和剛度的多孔金屬。這類金屬孔隙度高,孔隙直徑可達(dá)至毫米級。泡沫金屬材料實(shí)際上是金屬與氣體的復(fù)合材料,正是由于這種特殊的結(jié)構(gòu),使之既有金屬的特性又有氣泡特性,如比重小、比表面大能量吸收性好、導(dǎo)熱率低(閉孔體)、換熱散熱能力高(通孔體)、吸聲性好(通孔體)、滲透性優(yōu)(通孔體)、電磁波吸收性好(通孔體)、阻焰、耐熱耐火、抗熱震、氣敏(一些多孔金屬對某些氣體十分敏感)、能再生、加工性好等。
[0005]泡沫金屬的制備方法主要有粉末冶金法、金屬沉積法、燒結(jié)法、熔融金屬發(fā)泡法等。然而,現(xiàn)有技術(shù)制備的泡沫金屬通常存在強(qiáng)度差,耐磨、耐氧化性能差的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對現(xiàn)有技術(shù)制備的泡沫金屬通常存在強(qiáng)度差,耐磨、耐氧化性能差的問題,提供一種高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金的制備方法,該方法將鋁粉、氧化鐵、石灰石、聚四氟乙烯與正己烷混合后于膠體磨中研磨,待干燥后過篩收集混合粉末,然后將其與助燃劑氯酸鉀,引燃劑鎂粉攪拌出料,加入模具后用鎂條引燃,引發(fā)模具內(nèi)物料自發(fā)反應(yīng),形成高溫環(huán)境,使石灰石分解產(chǎn)生氣體,使材料發(fā)泡,經(jīng)洗滌干燥后,在高溫條件下,使氫氣擴(kuò)散至發(fā)泡材料內(nèi)部還原其中的金屬氧化物,冷卻即得高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金。本發(fā)明制備工藝簡便,制得的材料孔隙率達(dá)98%以上,通孔率達(dá)95%以上,具有強(qiáng)度高,耐氧化、耐磨性能好的特性,具有廣泛應(yīng)用前景。
[0007 ]為了解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(I)依次稱取100?120g鋁粉,300?360g氧化鐵,60?80g石灰石,10?15g聚四氟乙烯,加入盛有200?250mL正己烷的燒杯中,用玻璃棒攪拌混合6?8min,隨后將燒杯中物料轉(zhuǎn)入臥式膠體磨中,循環(huán)研磨2?3h,出料,將所得物料轉(zhuǎn)入75?80°C真空干燥箱中,干燥處理3?5h,過篩,收集120?180目混合粉末; (2)將上述所得混合粉末投入混料機(jī)中,再加入10?15g氯酸鉀,15?20g鎂粉,啟動混料機(jī)攪拌器,以350?400r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合20?25min,出料,將其加入預(yù)制石英模具中,控制填裝高度為模具的40?48%,隨后在物料表面插入一根長為6?8cm的鎂條;
(3)以3?5mL/min速率向預(yù)制石英模具中通入壓縮空氣,點(diǎn)燃鎂條,引發(fā)模具中物料反應(yīng),待反應(yīng)結(jié)束,使其自然冷卻至80?90 0C,趁熱脫模,將所得塊狀發(fā)泡材料浸入冰水中,浸泡2?4h,取出,用去離子水沖洗塊狀發(fā)泡材料,直至洗滌液中無碎渣為止,隨后將塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入105?110°C烘箱中,干燥至恒重;
(4)將上述所得干燥后的塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入馬弗爐,以2?4mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氬氣,直至置換出所有的空氣為止,開啟馬弗爐加熱器,升溫至460?500°C,保溫45?60min,隨后以I?2mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氫氣,并以5?7°C/min速率逐步升溫至580?600°C,保溫反應(yīng)I?2h,停止加熱,在氫氣保護(hù)狀態(tài)下,隨爐冷卻至室溫,出料,即得高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金。
[0008]本發(fā)明的應(yīng)用方法是:將本發(fā)明制得的泡沫鐵合金材料切割成厚度為50?80mm板材,再利用有機(jī)膠黏劑將其覆蓋在飛機(jī)場及火車道旁的隔音板上,經(jīng)檢測,所得隔音板露天放置使用8?10年后,未發(fā)生明顯氧化腐蝕,隔音效果未出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明制得的泡沫鐵合金材料空隙均勻,通孔率高,強(qiáng)度得到較大提升;
(2)本發(fā)明制得的泡沫鐵合金材料耐磨、耐氧化性好,具有很強(qiáng)的隔音、抗震和電磁屏蔽作用。
【具體實(shí)施方式】
[0010]首先依次稱取100?120g鋁粉,300?360g氧化鐵,60?80g石灰石,10?15g聚四氟乙烯,加入盛有200?250mL正己烷的燒杯中,用玻璃棒攪拌混合6?8min,隨后將燒杯中物料轉(zhuǎn)入臥式膠體磨中,循環(huán)研磨2?3h,出料,將所得物料轉(zhuǎn)入75?80°C真空干燥箱中,干燥處理3?5h,過篩,收集120?180目混合粉末;
然后將上述所得混合粉末投入混料機(jī)中,再加入10?15g氯酸鉀,15?20g鎂粉,啟動混料機(jī)攪拌器,以350?400r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合20?25min,出料,將其加入預(yù)制石英模具中,控制填裝高度為模具的40?48%,隨后在物料表面插入一根長為6?8cm的鎂條;再以3?5mL/min速率向預(yù)制石英模具中通入壓縮空氣,點(diǎn)燃鎂條,引發(fā)模具中物料反應(yīng),待反應(yīng)結(jié)束,使其自然冷卻至80?90°C,趁熱脫模,將所得塊狀發(fā)泡材料浸入冰水中,浸泡2?4h,取出,用去離子水沖洗塊狀發(fā)泡材料,直至洗滌液中無碎渣為止,隨后將塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入105?110Γ烘箱中,干燥至恒重;最后將上述所得干燥后的塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入馬弗爐,以2?4mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氬氣,直至置換出所有的空氣為止,開啟馬弗爐加熱器,升溫至460?500°C,保溫45?60min,隨后以I?2mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氫氣,并以5?7°C/min速率逐步升溫至580?600°C,保溫反應(yīng)I?2h,停止加熱,在氫氣保護(hù)狀態(tài)下,隨爐冷卻至室溫,出料,即得高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金。
[0011]實(shí)例I
首先依次稱取10g鋁粉,300g氧化鐵,60g石灰石,1g聚四氟乙烯,加入盛有200mL正己烷的燒杯中,用玻璃棒攪拌混合6min,隨后將燒杯中物料轉(zhuǎn)入臥式膠體磨中,循環(huán)研磨2h,出料,將所得物料轉(zhuǎn)入75 °C真空干燥箱中,干燥處理3h,過篩,收集120目混合粉末;然后將上述所得混合粉末投入混料機(jī)中,再加入1g氯酸鉀,15g鎂粉,啟動混料機(jī)攪拌器,以350r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合20min,出料,將其加入預(yù)制石英模具中,控制填裝高度為模具的40%,隨后在物料表面插入一根長為6cm的鎂條;再以3mL/min速率向預(yù)制石英模具中通入壓縮空氣,點(diǎn)燃鎂條,引發(fā)模具中物料反應(yīng),待反應(yīng)結(jié)束,使其自然冷卻至80°C,趁熱脫模,將所得塊狀發(fā)泡材料浸入冰水中,浸泡2h,取出,用去離子水沖洗塊狀發(fā)泡材料,直至洗滌液中無碎渣為止,隨后將塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入105°C烘箱中,干燥至恒重;最后將上述所得干燥后的塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入馬弗爐,以2mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氬氣,直至置換出所有的空氣為止,開啟馬弗爐加熱器,升溫至4600C,保溫45min,隨后以lmL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氫氣,并以5°C/min速率逐步升溫至580°C,保溫反應(yīng)lh,停止加熱,在氫氣保護(hù)狀態(tài)下,隨爐冷卻至室溫,出料,即得高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金。
[0012]將本發(fā)明制得的泡沫鐵合金材料切割成厚度為50mm板材,再利用有機(jī)膠黏劑將其覆蓋在飛機(jī)場及火車道旁的隔音板上,經(jīng)檢測,所得隔音板露天放置使用8年后,未發(fā)生明顯氧化腐蝕,隔音效果未出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象。
[0013]實(shí)例2
首先依次稱取I 1g鋁粉,330g氧化鐵,70g石灰石,13g聚四氟乙烯,加入盛有225mL正己烷的燒杯中,用玻璃棒攪拌混合7min,隨后將燒杯中物料轉(zhuǎn)入臥式膠體磨中,循環(huán)研磨
2.5h,出料,將所得物料轉(zhuǎn)入78°C真空干燥箱中,干燥處理4h,過篩,收集150目混合粉末;然后將上述所得混合粉末投入混料機(jī)中,再加入13g氯酸鉀,18g鎂粉,啟動混料機(jī)攪拌器,以375r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合23min,出料,將其加入預(yù)制石英模具中,控制填裝高度為模具的44%,隨后在物料表面插入一根長為7cm的鎂條;再以4mL/min速率向預(yù)制石英模具中通入壓縮空氣,點(diǎn)燃鎂條,引發(fā)模具中物料反應(yīng),待反應(yīng)結(jié)束,使其自然冷卻至85°C,趁熱脫模,將所得塊狀發(fā)泡材料浸入冰水中,浸泡3h,取出,用去離子水沖洗塊狀發(fā)泡材料,直至洗滌液中無碎渣為止,隨后將塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入108°C烘箱中,干燥至恒重;最后將上述所得干燥后的塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入馬弗爐,以3mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氬氣,直至置換出所有的空氣為止,開啟馬弗爐加熱器,升溫至480°C,保溫53min,隨后以1.5mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氫氣,并以6 °C/min速率逐步升溫至590 V,保溫反應(yīng)1.5h,停止加熱,在氫氣保護(hù)狀態(tài)下,隨爐冷卻至室溫,出料,即得高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金。
[0014]將本發(fā)明制得的泡沫鐵合金材料切割成厚度為60mm板材,再利用有機(jī)膠黏劑將其覆蓋在飛機(jī)場及火車道旁的隔音板上,經(jīng)檢測,所得隔音板露天放置使用9年后,未發(fā)生明顯氧化腐蝕,隔音效果未出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象。
[0015]實(shí)例3
首先依次稱取120g鋁粉,360g氧化鐵,80g石灰石,15g聚四氟乙烯,加入盛有250mL正己烷的燒杯中,用玻璃棒攪拌混合8min,隨后將燒杯中物料轉(zhuǎn)入臥式膠體磨中,循環(huán)研磨3h,出料,將所得物料轉(zhuǎn)入80 °C真空干燥箱中,干燥處理5h,過篩,收集180目混合粉末;
然后將上述所得混合粉末投入混料機(jī)中,再加入15g氯酸鉀,20g鎂粉,啟動混料機(jī)攪拌器,以400r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合25min,出料,將其加入預(yù)制石英模具中,控制填裝高度為模具的48%,隨后在物料表面插入一根長為8cm的鎂條;再以5mL/min速率向預(yù)制石英模具中通入壓縮空氣,點(diǎn)燃鎂條,引發(fā)模具中物料反應(yīng),待反應(yīng)結(jié)束,使其自然冷卻至90°C,趁熱脫模,將所得塊狀發(fā)泡材料浸入冰水中,浸泡4h,取出,用去離子水沖洗塊狀發(fā)泡材料,直至洗滌液中無碎渣為止,隨后將塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入110°C烘箱中,干燥至恒重;最后將上述所得干燥后的塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入馬弗爐,以4mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氬氣,直至置換出所有的空氣為止,開啟馬弗爐加熱器,升溫至500°C,保溫60min,隨后以2mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氫氣,并以7°C/min速率逐步升溫至600 V,保溫反應(yīng)2h,停止加熱,在氫氣保護(hù)狀態(tài)下,隨爐冷卻至室溫,出料,即得高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金。
[0016]將本發(fā)明制得的泡沫鐵合金材料切割成厚度為80mm板材,再利用有機(jī)膠黏劑將其覆蓋在飛機(jī)場及火車道旁的隔音板上,經(jīng)檢測,所得隔音板露天放置使用10年后,未發(fā)生明顯氧化腐蝕,隔音效果未出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金的制備方法,其特征在于具體制備步驟為: (1)依次稱取100?120g鋁粉,300?360g氧化鐵,60?80g石灰石,10?15g聚四氟乙烯,加入盛有200?250mL正己烷的燒杯中,用玻璃棒攪拌混合6?8min,隨后將燒杯中物料轉(zhuǎn)入臥式膠體磨中,循環(huán)研磨2?3h,出料,將所得物料轉(zhuǎn)入75?80°C真空干燥箱中,干燥處理3?5h,過篩,收集120?180目混合粉末; (2)將上述所得混合粉末投入混料機(jī)中,再加入10?15g氯酸鉀,15?20g鎂粉,啟動混料機(jī)攪拌器,以350?400r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合20?25min,出料,將其加入預(yù)制石英模具中,控制填裝高度為模具的40?48%,隨后在物料表面插入一根長為6?8cm的鎂條; (3)以3?5mL/min速率向預(yù)制石英模具中通入壓縮空氣,點(diǎn)燃鎂條,引發(fā)模具中物料反應(yīng),待反應(yīng)結(jié)束,使其自然冷卻至80?90 0C,趁熱脫模,將所得塊狀發(fā)泡材料浸入冰水中,浸泡2?4h,取出,用去離子水沖洗塊狀發(fā)泡材料,直至洗滌液中無碎渣為止,隨后將塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入105?110°C烘箱中,干燥至恒重; (4)將上述所得干燥后的塊狀發(fā)泡材料轉(zhuǎn)入馬弗爐,以2?4mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氬氣,直至置換出所有的空氣為止,開啟馬弗爐加熱器,升溫至460?500°C,保溫45?60min,隨后以I?2mL/min速率向馬弗爐內(nèi)通入氫氣,并以5?7°C/min速率逐步升溫至580?600°C,保溫反應(yīng)I?2h,停止加熱,在氫氣保護(hù)狀態(tài)下,隨爐冷卻至室溫,出料,即得高強(qiáng)耐磨泡沫鐵合金。
【文檔編號】C22C33/04GK106011596SQ201610547472
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】吳迪, 許博偉, 薛蕾
【申請人】吳迪