CN101613813A - 一种多孔铁基复合粉体材料的制备方法 - Google Patents

一种多孔铁基复合粉体材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多孔铁基复合粉体材料的制备方法，包含如下的工艺步骤：(1)平均粒径5～50微米的铁基粉体在580℃的条件下利用氨气进行气体氮化，处理时间为3～5小时；(2)由(1)处理获得的Fe－N粉体在pH值4.6～5.5的酸性Ni－P镀液中进行化学镀后，在Fe－N粉末表面沉积5～10微米厚的Ni－P合金层；(3)由(2)获得的Fe－N－Ni－P复合粉体在高于750℃的温度下高纯氩气保护下加热1小时，得到气孔的孔径平均为1－10微米，孔隙率＞20％的多孔铁基复合粉体材料。本发明方法具有过程可控、操作简单、设备通用性强的特点。

Description

一种多孔铁基复合粉体材料的制备方法
技术领域
本发明属于金属复合材料，尤其是复合粉体材料制造领域。
背景技术
多孔金属材料是一类具有明显孔隙特征并兼有结构材料和功能材料的双重作用的新型材料。作为结构材料、具有密度小、孔隙率高，比表面积大等特点；作为功能材料，具有减震、吸波、隔音降噪、电磁屏蔽等性能。目前，多孔金属材料在冶金、化工、医药等行业以及在国防军事上都得到了广泛的应用。研究多孔金属材料的制备方法和技术具有良好的应用价值和广阔的市场前景。国内外关于多孔金属材料的制备技术和方法有很多种，按照制备过程中金属所处的状态可分为液相法、固相法和金属沉积法等。但这些方法相对比较复杂，设备专用性强，过程控制的影响因素较多。
发明内容
鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是，获得一种多孔铁基复合粉体材料的制备方法，使之克服现有技术的以上缺点。本发明的目的是通过以下的手段实现的。
一种多孔铁基复合粉体材料的制备方法，包含如下的工艺步骤：(1)、平均粒径5～50微米的铁基粉体在580℃的条件下利用氨气进行气体氮化，处理时间为3～5小时；(2)、由(1)处理获得的Fe-N粉体在PH值4.6～5.5的酸性Ni-P镀液中进行化学镀后，在Fe-N粉末表面沉积5～10微米厚的Ni-P合金层；(3)、由(2)获得的Fe-N-Ni-P复合粉体在高于750℃的温度下高纯氩气保护下加热1小时，得到气孔的孔径平均为1-10微米，孔隙率＞20％的多孔铁基复合粉体材料。
发明主要是先将氨气分解产生的活性氮原子渗入到铁粉的内部并形成以Fe2N或Fe3N为主的铁氮化合物，铁基粉体可为纯铁粉、三氧化二铁粉或四氧化三铁粉。再利用化学镀或电镀的方法在铁-氮粉体表面镀一层5～10微米厚的金属或合金(如镀Cu、Ni、Cr等金属)形成复合粉末，最后再在高于750℃的温度下真空或氩气等保护气氛的条件下加热复合粉，使复合粉内部的铁-氮化合物分解并产生氮气，生成的氮气会冲破复合粉表面的镀层而逸出，气体逸出后会在粉末内部和表面形成大量的孔洞，因此可以制备出多孔的铁基复合粉体材料。利用该方法制备的多孔铁基复合粉体材料具有孔隙分布均匀、孔隙细小等特点。
本发明与现有技术的几种方法相比，造孔剂是固体的Fe-N化合物，颗粒尺寸容易控制、在常温下可以长期稳定放置，不同于金属氢化物、有机物、盐等造孔剂。其制备过程容易实现，采用本发明方法制备的多孔铁基复合粉体材料的孔径小。在制备过程中采用了气体渗氮的方法制备Fe-N合金粉末，化学镀或电镀沉积Cu、Ni、Cr等金属或合金，粉末冶金方法制备多孔铁基复合材料。其中Fe-N合金粉末的制备过程是在普通的井式气体氮化炉中完成的，其过程可控、操作简单、容易实现；化学镀或电镀是目前广泛应用的成熟技术，利用化学镀或电镀技术可以在Fe-N合金粉末表面镀一层较厚的金属或合金，镀层厚度可以通过镀的时间来控制。
附图说明如下：
图1是本发明多孔的Fe-Ni-P复合粉体材料的制备流程图。
具体实施方式
首先利用气体氮化炉对纯铁粉或氧化铁粉在580℃的条件下利用氨气进行气体氮化，处理时间为3～5小时，主要获得Fe2N、Fe3N等化合物。然后利用化学镀(化学镀液为PH值在4.6～5.5左右的酸性Ni-P镀液体)的方法在Fe-N粉末表面沉积5～10微米厚的Ni-P合金，获得Fe-N-Ni-P复合粉末，最后再将复合粉在高纯氩气保护下或者真空(气压＜2Pa)下加热到800℃保温1小时左右，使Fe-N化合物分解产生Fe和N2，产生的氮气会冲破Ni-P合金镀层而逸出，在粉体的内部和表面留下大量的气孔，形成多孔的Fe-Ni-P复合粉体材料。
实施例1
平均粒20微米的纯铁粉体在580℃的条件下利用氨气进行气体氮化，10KW的井式气体渗氮炉，氨通气量约为0.2-0.4m3/h，氮化处理时间为5小时。(2)由(1)处理的粉体在PH值5.0的酸性Ni-P镀液中进行化学镀后，在Fe-N化合物粉末表面沉积5微米厚的Ni-P合金层。(3)由(2)获得的Fe-N-Ni-P复合粉体在高纯氩气保护下加热到800℃保温1小时，得到气孔的孔径平均为7.5微米，孔隙率＞20％的多孔铁基复合粉体材料。
实施例2
采用氧化铁粉，氮化处理时间为3小时。PH值4.8的Ni-Cr-P镀液。获得的Fe-Ni-Cr-P复合粉体在高于750℃，气压＜2Pa的真空下进行。其它条件同实施例1，得到气孔的孔径平均约5微米，孔隙率＞20％的多孔铁基复合粉体材料。
实施例3
其它条件同实施例1，采用电镀代替化学镀。得到气孔的孔径平均约8微米，孔隙率＞20％的多孔铁基复合粉体材料。

Claims (5)

1、一种多孔铁基复合粉体材料的制备方法，包含如下的工艺步骤：
(1)平均粒径5～50微米的铁基粉体在580℃的条件下利用氨气进行气体氮化，处理时间为3～5小时，获得Fe-N粉体材料；(2)由(1)处理获得的Fe-N粉体在PH值4.6～5.5的酸性Ni-P镀液中进行化学镀后，在Fe-N粉末表面沉积5～10微米厚的Ni-P合金层；(3)由(2)获得的Fe-N-Ni-P复合粉体在高于750℃的温度下高纯氩气保护下加热1小时，得到气孔的孔径平均为1-10微米，孔隙率＞20％的多孔铁基复合粉体材料。
2、根据权利要求1所述之多孔铁基复合粉体材料的制备方法，其特征在于，所述化学镀所用金属可以为Cu、Ni、Cr或合金。
3、根据权利要求1所述之多孔铁基复合粉体材料的制备方法，其特征在于，所述铁基粉体可为纯铁粉、三氧化二铁粉或四氧化三铁粉。
4、根据权利要求1或2所述之多孔铁基复合粉体材料的制备方法，其特征在于，所述Ni-P合金层也可采用电镀方式进行获得。
5、根据权利要求1所述之多孔铁基复合粉体材料的制备方法，其特征在于，所述Fe-N-Ni-P复合粉体的加热保温也可在气压＜2Pa的真空下进行。
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