一种梯度复合铁铝基金属间化合物微孔滤材及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种梯度复合Fe‑Al金属间化合物微孔滤材及其制备方法，本发明专利技术涉及粉末冶金制备领域。针对现有技术中由于工艺局限很难制备具有耐高温腐蚀性的Fe‑Al滤材，本发明专利技术提供一种梯度复合Fe‑Al金属间化合物微孔滤材，其特征在于，该梯度复合Fe‑Al金属间化合物微孔滤材包括基体骨架和在基体骨架外面的表面过滤膜，其中：基体骨架是经压制烧结过的预合金化的Fe‑Al金属间化合物粉末，表面过滤膜是经在所述基体骨架外表面涂覆后二次烧结过的粘结剂、水和预合金化的Fe‑Al金属间化合物粉末的混合物。由此实现高精度、大通量、低阻降、良好反吹再生特性、高强度、耐高温腐蚀的梯度复合Fe‑Al金属间化合物微孔滤材。

A gradient composite Fe Al based intermetallic compound microporous filter material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种梯度复合铁铝基金属间化合物微孔滤材及其制备方法
本专利技术涉及粉末冶金制备领域，特别涉及一种梯度复合铁铝基(下文简称Fe-Al)金属间化合物微孔滤材及其制备领域，尤其具体涉及一种应用于高温、高压及腐蚀环境下的精密过滤与气固分离工况条件下的梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材及其制备领域。
技术介绍
高温气体除尘技术涉及到煤化工、石油化工、电力、冶金、能源等许多工业领域，其关键技术之一是新型高温除尘介质材料的开发与研制。高温气体除尘过滤材料的研究将推动煤的洁净煤燃烧循环发电技术以及其它工业技术的发展，同时促进环境保护事业的进步，实现可持续发展战略。目前常用的高温气体除尘过滤材料主要包括陶瓷材料和金属材料。陶瓷滤材具有优异的高温性能与化学稳定性，但它的抗热震性差、韧性低与可靠性差。与陶瓷滤材相比，金属滤材具有优异的抗热震性能、良好的综合力学性能和更高的可靠性，同时金属滤材的压降小、过滤效率高、可焊接，可以有效缩小过滤系统的尺寸。因此，从总的发展趋势来说，使用耐高温、抗腐蚀的金属微孔过滤元件是高温含尘气体净化技术发展的要求。但是，与陶瓷材料相比，金属材料也有自身缺点，它的耐蚀性与耐热性能相对较差。由于高温气体组分通常包括CO、H2、N2、CO2、H2O、CH4、NH3Cl、H2S等多种气体，其中部分气体在高温湿环境中具有极强的腐蚀性。因此在选择金属滤材时，必须考虑材料的耐高温腐蚀性能，国内外的研究也主要围绕耐高温抗腐蚀的合金而展开。自上世纪九十年代开始，国内外开展了Haynes合金、Hastelloy合金、Inconel合金、Fe-Al合金、310S等高性能金属滤材的研制，其中尤以Fe-Al合金受到研究者的关注。Fe-Al合金具有良好的抗高温氧化及耐硫腐蚀性能和较陶瓷材料优异的力学性能，而且与其它高温合金相比具有明显的成本优势。目前国内对Fe-Al滤材的研究大多集中在生产成本较低的反应合成法、高能球磨低温烧结法等方法上面，由于工艺自身的局限性，这些方法很难实现Fe-Al滤材的完全合金化，更难以形成单一的Fe-Al相结构，这样就不可避免地降低了Fe-Al滤材的耐高温腐蚀性能，对它的工业应用带来不利影响。
技术实现思路
本专利技术人意识到Fe-Al金属粉末滤材由于其特殊金属化合物材质与特殊的孔隙结构而具有精度高，通量大、强度高、再生性能好、耐高温、抗腐蚀、耐冲击与抗磨损等诸多优异性能，特别适用于用于高温、高压及腐蚀环境下的精密过滤与气固分离等。在涉及含尘气体在高温下直接净化除尘和应用的领域，如能源工业中的整体气化联合循环发电(IGCC工艺)的高温煤气、煤化工中粉煤气化技术(Shell、U-gas、E-gas工艺等)与褐煤提质工艺中的高温合成气、冶金工业高炉与转炉高温煤气，均可使用Fe-Al滤材。本专利技术的目的在于提供一种高精度、大通量、低阻降、良好的反吹再生特性、高强度、耐高温、耐腐蚀的的梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材及其制备方法。为了实现上述目的，本专利技术提供一种一种梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材，其特征在于，该梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材包括基体骨架和在所述基体骨架外面的表面过滤膜，其中：所述基体骨架是经压制烧结过的预合金化的Fe-Al金属间化合物粉末，所述表面过滤膜是经在所述基体骨架外表面涂覆后二次烧结过的粘结剂、水和预合金化的Fe-Al金属间化合物粉末的混合物。本专利技术还提供一种梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将预合金化的Fe-Al金属间化合物粉末进行等静压成型；将等静压压制成型的生坯进行真空烧结以制备滤材基体；在滤材基体表面涂覆表面过滤膜,其中，通过混合粘结剂、水和预合金化的Fe-Al金属间化合物粉末形成涂覆所述表面过滤膜的浆料；以及对涂覆有表面过滤膜的滤材基体进行二次真空烧结以形成梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材。本专利技术采用粉末冶金工艺制备梯度复合Fe-Al粉末微孔过滤材料。通过对Fe-Al合金粉末的制备工艺与滤材的成型、烧结、表面涂敷工艺及其综合性能的研究，制备出高性能Fe-Al微孔滤材，为Fe-Al滤材的大规模工业推广提供理论与实践依据，有力推动我国高性能过滤材料与装备的发展。因此，与国内同类金属滤材产品相比，本专利技术所研制的Fe-Al金属粉末滤材是以预合金化Fe-Al粉末为原料制成的微孔元件，实现了完全的均匀合金化，材料中不含单质Fe或单质Al或严重的成分偏析，因此具有更好的耐腐蚀性能与高温力学性能；与国外同类陶瓷滤材产品相比，Fe-Al金属粉末滤材具有更高的强度、韧性及抗热冲击性能，现场应用时具有更高的稳定性与可靠性。目前有关Fe-Al微孔材料的研究一般着重于均质滤材，对于梯度复合Fe-Al滤材研究较少。本专利技术所制备的梯度复合Fe-Al滤材的断面微观结构采用“基体骨架+表面过滤膜”的梯度复合结构。基体的厚度较大、强度较高、孔径较大、透气性好，可以提高流体通过量；表面过滤膜的厚度较薄(100～500μm)、孔径较小，由外往内过滤时可以提高过滤精度。滤材由内向外的粉末颗粒由粗到细，断面微观结构总体上呈倒置的喇叭口状，这有助于提高由内向外反吹时的清灰效果；同时外表面膜的粉末粒度较细，使滤芯外表面较为光洁，降低了滤芯表面对灰尘的吸附能力，可进一步促使灰尘的有效脱落。因此，梯度复合滤芯不仅精度高、通量大，还具有良好的反吹再生效果。本专利技术要解决的技术问题在于提供一种高精度、大通量、低阻降、良好的反吹再生特性、高强度、耐高温、耐腐蚀的的梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材，以满足煤化工、石油化工、能源及环保等不同行业苛刻工况条件的使用需要。本专利技术所要解决的第二个技术问题还在于提供梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材的制备方法。本专利技术采用粉末冷等静压、高温真空约束烧结等工艺技术，制备出表面光亮平直、尺寸精度可控、孔隙特性和结构强度稳定的Fe-Al烧结金属微孔材料，其长度可达2000mm，直径范围可在40～100mm之间调节，孔隙水力学半径及渗透性、孔隙率、拉伸强度、压溃强度等，均优于同类陶瓷滤芯产品的性能水平；创新性地采用涂覆法(例如湿法粉末喷涂、浸涂等)和二次高温真空烧结等先进工艺技术，成功制备出Fe-Al复合膜微孔过滤材料，在壁厚与平均孔径基本相同的情况下，这种梯度复合滤材的渗透率为均质滤芯的2.5倍左右。迄今本本专利产品已在煤化工装置飞灰过滤器进行了广泛应用，过滤效果满足用户要求，使用寿命达到了3年以上，显示了很高的工艺水平与稳定性及可靠性。附图说明图1为根据本专利技术一个实施例的梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材的断面结构图；图2为根据本专利技术一个实施例的梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材的制备方法的流程图；具体实施方式本专利技术以预合金化的Fe-Al金属间化合物(预合金化的Fe-Al金属间化合物粉末制备方法详见专利“一种铁铝基金属间化合物微孔过滤元件的制备方法及用途”，专利号ZL200610057538.1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材，其特征在于，该梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材包括基体骨架(1)和在所述基体骨架(1)外面的表面过滤膜(2)，其中：/n所述基体骨架(1)是经压制烧结过的预合金化的Fe-Al金属间化合物粉末，所述表面过滤膜(2)是经在所述基体骨架(1)外表面涂覆后二次烧结过的粘结剂、水和预合金化的Fe-Al金属间化合物粉末的混合物。/n

【技术特征摘要】
1.一种梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材，其特征在于，该梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材包括基体骨架(1)和在所述基体骨架(1)外面的表面过滤膜(2)，其中：
所述基体骨架(1)是经压制烧结过的预合金化的Fe-Al金属间化合物粉末，所述表面过滤膜(2)是经在所述基体骨架(1)外表面涂覆后二次烧结过的粘结剂、水和预合金化的Fe-Al金属间化合物粉末的混合物。


2.如权利要求1所述的梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材，其特征在于，所述粘结剂为聚乙二醇、甲基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。


3.如权利要求2所述的梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材，其特征在于，所述制备表面过滤膜的混合物重量比为粘结剂：水：Fe-Al金属间化合物粉末＝1～10:100:200～300。


4.如权利要求2或3所述的梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材，其特征在于，所述表面过滤膜(2)的厚度为100～200微米。


5.如权利要求1或2所述的梯度复合Fe-Al金属间化合物微孔滤材，其特征在于，所述Fe-Al金属间化合物粉末是Fe3Al金属间化合物粉末。

【专利技术属性】
技术研发人员：顾虎，杨军军，王凡，刘冠颖，张玉，杨烜，王琨，林士玉，
申请(专利权)人：安泰环境工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11