金属泡沫的独特结构与性能，使得其在化工、冶金、能源、航空、汽车、建筑等领域受到越来越广泛的重视。高熔点金属泡沫由于具有更高的比强度及优异的抗氧化、耐腐蚀性能等优点，使得其在汽车尾气处理、高温冶金熔体的净化等领域有着广阔的应用前景。然而，目前的制备方法大大限制了高温泡沫的应用范围与实用化进程，因此，研究新颖的高温泡沫制备技术意义相当重大。本论文主要研究了具有良好三维通孔结构、较高抗弯强度的不锈钢泡沫的制备工艺，并对如何提高不锈钢泡沫的抗高温氧化性和耐腐蚀性能进行了分析研究。主要的研究结果如下： (1)在课题小组前期工作的研究过程中，找到了制备前驱体的较优工艺。本论文在前期工作的基础上，对制备工艺进行了改良，对前驱体分步进行脱脂和烧结，可制得具有良好三维通孔结构的不锈钢泡沫材料。 (2)通过对聚乙烯醇、聚氨酯海绵和前驱体的DSC-DTA分析，制定了前驱体的真空热脱脂工艺，将整个热脱脂过程分为四个阶段，在200℃～600℃温度范围内，控制1℃/min的升温速度加热，其中分别在300℃和600℃保温60min。脱脂后，有机物基本上能被脱除，试样表面没有宏观缺陷，试样中的有机物脱除后，留下大量空洞，且颗粒之间已形成部分烧结颈，使试样具有了一定的强度。 (3)对热脱脂过程中粘结剂脱除机理进行了初步探讨。在脱脂过程中，粘结剂的脱除需要一定的通道。因此，首先在试样表面形成初始表面孔隙；初始表面孔隙形成以后，由于毛细管力的作用，内部熔化状态的粘结剂被吸出，伴随着粘结剂的流动，金属粉末随之发生颗粒重排，从而使脱脂后试样表面金属小球数量增多，有利于烧结时的致密化。 (4)对脱脂后的前驱体进行真空烧结时，不锈钢泡沫的表观密度和线收缩率随温度的升高而增大，开孔孔隙率随温度的升高而减小；抗弯强度在1200℃到1260℃之间是随温度升高而增大的，当温度超过1260℃后，其抗弯强度反而有所降低；保温时间对制品表观密度、线收缩率、开孔率和抗弯强度的影响没有烧结温度影响那么强烈。随保温时间的延长，烧结制品的表观密度和线收缩率增大，抗弯强度增大，开孔率降低；在烧结过程中，如果升温速度太快或烧结温度太高，都会使不锈钢泡沫产生开裂、塌陷变形等缺陷。不锈钢泡沫的较优烧结工艺参数为在1260℃温度下保温60min，在此工艺条件下制得的不锈钢泡沫，具有良好的三维通孔结构，没有缺陷产生，其孔径大小为1mm左右，开孔率为81.4％，抗弯强度为56.8MPa。 (5)孔隙是影响泡沫材料抗高温氧化性和耐蚀性能的主要因素，较多数量和较大尺寸的孔隙会增加氧气和腐蚀介质与样品的接触面积，从而使抗高温氧化性和耐腐蚀性降低。而烧结制品的烧结密度随着烧结温度的升高而增大，因此，提高烧结温度有利于烧结制品抗高温氧化性和耐蚀性的提高。 (6)提出了一种进一步提高不锈钢泡沫抗高温氧化性和耐腐蚀性的方法，即对不锈钢泡沫进行固体粉末包埋渗铝处理。固体粉末包埋渗铝处理可使不锈钢泡沫表面形成厚度约100μm的铝渗层，渗层表面的EDX分析表明，表面铝的质量分数达到22.83％，渗层与基体之间结合紧密，渗层主要由NiAl和Ni3Al相组成；对渗铝试样进行热氧化处理，可在其表面获得比较致密均匀、且主体成分为氧化铝的表面膜。对比了渗铝前后不锈钢泡沫材料的性能变化，发现渗铝处理能够有效的提高其抗高温氧化性和耐腐蚀性，这主要是由于渗铝层在高温下所形成的致密氧化膜层阻止了氧化性气体和腐蚀介质对基体的进一步氧化和腐蚀。
- 作 者：
- 王辉
- 学科专业：
- 电化学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 中南大学
- 导师姓名：
- 李劼周向阳
- 学位年度：
- 2008
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
