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