一种Ni-Cr-Fe多孔材料制造技术

为了改善复合材料的硬度、耐磨性，设计了一种Ni‑Cr‑Fe多孔材料。采用雾化镍粉，羰基铁粉和铬粉为原料，所制得的Ni‑Cr‑Fe多孔材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，采用元素粉末合金反应法制备Ni‑Cr‑Fe多孔材料，随着温度的上升开始急剧膨胀，Cr、Fe原子的偏扩散固溶到基体Ni中形成固溶体，可形成无限替代式固溶体，在烧结过程中Fe原子会率先大量的固溶到Ni中，形成固溶体，一直到1250℃反应完成。Cr、Fe原子与Ni完全固溶形成均匀的固溶体，随着氧化时间的延长，Ni‑Cr‑Fe的氧化增质一直呈抛物线趋势缓慢增加，氧化产物呈细小颗粒并紧密附着于基体表面，呈现出优异的抗氧化性能。本发明专利技术能够为制备高性能的多孔材料提供一种新的生产工艺。

A Ni-Cr-Fe Porous Material

In order to improve the hardness and wear resistance of the composites, a Ni_Cr_Fe porous material was designed. The hardness, compactness and flexural strength of Ni_Cr_Fe porous materials prepared from atomized nickel powder, carbonyl iron powder and chromium powder have been greatly improved. Among them, Ni_Cr_Fe porous materials were prepared by elemental powder alloy reaction method. With the increase of temperature, the porous materials began to expand rapidly. The partial diffusion of Cr and Fe atoms solidified into matrix Ni to form solid solution, which could form infinite substitute solid solution. In the sintering process, Fe atoms would first solidify into Ni to form solid solution, and the reaction was completed until 1250 C. With the prolongation of oxidation time, the oxidation and upgrading of Ni Cr Fe have been increasing slowly in a parabolic trend. The oxidation products show fine particles and adhere closely to the surface of the matrix, showing excellent oxidation resistance. The invention can provide a new production process for preparing porous materials with high performance.

【技术实现步骤摘要】
一种Ni-Cr-Fe多孔材料所属
本专利技术涉及一种复合材料，尤其涉及一种Ni-Cr-Fe多孔材料。
技术介绍
含一定数量孔洞的固体叫多孔材料，是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。典型的孔结构有一种是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构，由于其形状类似于蜂房的六边形结构而被称为“蜂窝”材料更为普遍的是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构，通常称之为“泡沫”材料。镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。高温合金按照基体的不同，分为：铁基高温合金，镍基高温合金与钴基高温合金。其中镍基高温合金简称镍基合金。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善复合材料的硬度、耐磨性，设计了一种Ni-Cr-Fe多孔材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：Ni-Cr-Fe多孔材料的制备原料包括：纯度为99.9%，粒径为15μm的雾化镍粉，粒径为8μm的羰基铁粉和粒径为10μm的铬粉。Ni-Cr-Fe多孔材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球料比为8:1，球磨时间为34h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为90min。Ni-Cr-Fe多孔材料的检测步骤为：显微组织形貌采用HiS480场发射扫描电镜观察，金相组织采用Lei5000M金相显微镜观察，物相组成采用X射线衍射仪分析，密度利用阿基米德原理及AN202电子分析天平测定，显微硬度采用AVK显微硬度计测试，断裂韧性通过压痕法测定。所述的Ni-Cr-Fe多孔材料，采用元素粉末合金反应法制备Ni-Cr-Fe多孔材料，当温度在850℃以下时，材料径向基本没有膨胀，之后随着温度的上升开始急剧膨胀，Ni-Cr-Fe在1250℃下达到最大膨胀，最大径向膨胀率达5%，开孔隙率为30%，最大孔径与透气度分别为90、990。所述的Ni-Cr-Fe多孔材料，Cr、Fe原子的偏扩散固溶到基体Ni中形成固溶体，可形成无限替代式固溶体，在烧结过程中Fe原子会率先大量的固溶到Ni中，形成固溶体，当温度达到1100℃的时候已经反应完全，没有Fe单质存在，随后部分Cr原子进一步固溶到二元固溶体中，形成三元固溶体，一直到1250℃反应完成。Cr、Fe原子与Ni完全固溶形成均匀的固溶体。所述的Ni-Cr-Fe多孔材料，在氧化温度1000℃下，随着氧化时间的延长，Ni-Cr-Fe的氧化增质一直呈抛物线趋势缓慢增加，氧化产物呈细小颗粒并紧密附着于基体表面，呈现出优异的抗氧化性能。本专利技术的有益效果是：采用雾化镍粉，羰基铁粉和铬粉为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的Ni-Cr-Fe多孔材料。其中，Cr、Fe原子的偏扩散固溶到基体Ni中形成固溶体，可形成无限替代式固溶体，Ni-Cr-Fe在1250℃下达到最大膨胀，最大径向膨胀率达5%，开孔隙率为30%，最大孔径与透气度分别为90、990。所制得的Ni-Cr-Fe多孔材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的多孔材料提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：Ni-Cr-Fe多孔材料的制备原料包括：纯度为99.9%，粒径为15μm的雾化镍粉，粒径为8μm的羰基铁粉和粒径为10μm的铬粉。Ni-Cr-Fe多孔材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球料比为8:1，球磨时间为34h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒。将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为90min。Ni-Cr-Fe多孔材料的检测步骤为：显微组织形貌采用HiS480场发射扫描电镜观察，金相组织采用Lei5000M金相显微镜观察，物相组成采用X射线衍射仪分析，密度利用阿基米德原理及AN202电子分析天平测定，显微硬度采用AVK显微硬度计测试，断裂韧性通过压痕法测定。实施案例2：在反应合成制备多孔材料的过程中Ni-Cr-Fe多孔材料发生明显的径向膨胀。烧结温度在850℃以下时属于缓慢膨胀阶段，径向膨胀达到3%，烧结温度在1000℃到1250℃之间属于烧结坯的直径急剧膨胀阶段，最大膨胀率达到7%，在此温度段下超过此温度后进入平缓收缩阶段，膨胀率略微降低，烧结温度过高，使烧结坯趋于致密。而对于Ni-Fe合金，当其烧结温度低于600℃时，烧结坯块的直径几乎不发生变化，在600℃到1200℃之间，随着烧结温度的升高，Ni-Fe烧结坯的直径膨胀较快，最大直径膨胀率达到3%，随着温度升高直径有细微收缩，Ni-Cr合金的体积膨胀发生在1000℃到1250℃之间。实施案例3：随着烧结温度的升高，在850℃以下时属于孔隙逐步形成期，开孔隙率在这一时期内达到20%，烧结温度在1000℃到1250℃之间属于孔隙急剧增长期，开孔隙率达到35%，随着温度的升高，开孔隙率变化不大。达到最终烧结温度时，Ni-Cr-Fe多孔材料的平均孔径为85μm，透气度高达990。Ni-Fe、Ni-Cr多孔体的开孔隙率变化也与其径向膨胀的变化行为基本相似。Ni-Cr-Fe多孔体的膨胀主要是由于烧结过程中孔隙大量形成所引起的。实施案例4：当烧结温度在1000℃以下时，Ni、Cr、Fe三元粉末之间Ni与Fe的反应快于Ni与Cr，在此温度段中基本以Fe元素向Ni中扩散为主，Cr粉基本以单质形式存在，1000℃的烧结温度下Fe峰较弱且检测出大量二元固溶体，而三元峰也较弱。随着烧结温度的升高，在1100℃的温度下，Fe单质消失，基本全固溶于Ni中，而Cr元素依然存在部分单质，随着烧结温度的继续上升，当温度达到1200℃时Cr元素的扩散基本完成。在最终的烧结温度下，Ni-Cr、Ni-Fe及Ni-Cr-Fe最终分别形成稳定的二元和三元固溶体。在1000℃的温度下Ni-Cr-Fe合金的Cr几乎没有反应，Cr大多都以单质的形式存在，没有形成显著的烧结颈，而Ni-Cr-Fe合金中的Fe元素局部发生了偏扩散，使得Ni-Cr-Fe多孔材料局部形成细小的烧结颈。烧结颈最初在粉末边界开始出现，边界能量较高，原子扩散优先在边界处产生，在边界处容易形成通孔。随着烧结温度的进一步提高，最先在边界生成的烧结颈逐步变大，随着温度的上升，Cr、Fe向Ni的偏扩散速率增大，最后Cr、Fe全部固溶与Ni中，在原先的粉末位置留下大量孔隙。Fe向Ni中扩散产生最初的细小孔隙，由于最初的孔隙较小，受张应力的影响，其附近区域空位浓度增量越大，造成后序偏扩散过程中过饱和空位的塌陷更容易在孔隙外缘实现，从而导致孔隙的长大。当温度达到1250℃，元素间扩散反应基本完成，形成均匀稳定的固溶体，在均匀分布的Cr、Fe位置上形成了连通的孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.Ni‑Cr‑Fe多孔材料的制备原料包括：纯度为99.9%，粒径为15μm的雾化镍粉，粒径为8μm的羰基铁粉和粒径为10μm的铬粉。

【技术特征摘要】
1.Ni-Cr-Fe多孔材料的制备原料包括：纯度为99.9%，粒径为15μm的雾化镍粉，粒径为8μm的羰基铁粉和粒径为10μm的铬粉。2.根据权利要求1所述的Ni-Cr-Fe多孔材料，其特征是Ni-Cr-Fe多孔材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入行星球磨机中进行湿磨，球料比为8:1，球磨时间为34h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，干燥时间为50min，干燥温度为40℃，随后加入成形剂进行制粒，将制好的粉末加至万能试验机中进行压制成形，随后放入真空烧结炉中进行烧结，烧结温度为1250℃，保温时间为90min。3.根据权利要求1所述的Ni-Cr-Fe多孔材料，其特征是Ni-Cr-Fe多孔材料的检测步骤为：显微组织形貌采用HiS480场发射扫描电镜观察，金相组织采用Lei5000M金相显微镜观察，物相组成采用X射线衍射仪分析，密度利用阿基米德原理及AN202电子分析天平测定，显微硬度采用AVK显微硬度计测试，断裂韧性通过压痕法测定。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：岳笑含，
申请(专利权)人：沈阳华巨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21