粉末冶金材料特性的应用案例课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,粉末冶金材料特性应用实例粉末冶金多孔材料,主要内容,一、粉末冶金的技术特点,二、粉末冶金材料的应用与分类,三、粉末冶金材料特性的应用 粉末冶金多孔材料,（一）粉末冶金多孔材料简介,（二）粉末冶金多孔材料的特点,（三）粉末冶金多孔材料的作用,（四）几种典型粉末冶金多孔材料制备技术和特性,（五）新型金属多孔材料制备技术和应用,（六）粉末冶金多孔发汗结构的渗透性能和力学性能,一、粉末冶金的技术特点,粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺。,1、粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、新型金属材料（如Al-Li合金、耐热Al合金、超合金、粉末耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等）具有重要的作用。,二、,粉末冶金材料的应用与分类,1、应用：,汽车、摩托车、纺织机械、工业缝纫机、电动工具、五金工具、电器、工程机械、各种粉末冶金（铁铜基）零件。,2、分类：,粉末冶金多孔材料、粉末冶金减磨材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金结构零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金电磁材料和粉末冶金高温合金等。,三、粉末冶金材料特性的应用 粉末冶金多孔材料,粉末冶金多孔材料:又称多孔烧结材料。用粉末冶金的方法制造的、由球状或不规则形状的金属或合金粉末经成型、烧结制成。材料内部孔道纵横交错、互相贯通，一般有30%60%的体积孔隙度，孔径1100微米。透过性能和导热、导电性能好，耐高温、低温，抗热震，抗介质腐蚀。用于制造过滤器、多孔电极、灭火装置、防冻装置等。常用的金属或合金有青铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼以及难熔金属化合物等。做成的制品有坩埚状、碟状、管状、板状、薄膜等。,（一）粉末冶金多孔材料简介,（二）粉末冶金多孔材料的特点,1、孔径和孔隙度均可控制；,2、优良的透过性能，且在使用后可以再生，因而使用寿命长；,3、导热、导电；,4、耐高温、耐低温、抗热震；,5、抗介质腐蚀；,6、比表面积大；,7、可焊接和加工等。因此它的综合性能较传统的纸质、棉和化纤织品、陶瓷、玻璃、金属丝网等过滤材料为好。,（三）粉末冶金多孔材料的作用,在现代技术中，多孔材料愈益发挥其重要作用，有两方面的主要用途。,1、作过滤器用：利用其多孔的过滤分离作用净化液体和气体。例如用来净化飞机和汽车上的燃料油和空气；化学工业上各种液体和气体的过滤；原子能工业上排出气体中放射性微粒的过滤等。,2、利用其孔隙的作用，制造多孔电极、灭火装置、防冻装置、耐高温喷嘴等。多孔电极主要在电化学方面应用。灭火装置是利用其抗流作用而防止爆炸，如气焊用的火焰防爆器等。防冻装置是利用其多孔可通入预热空气或特殊液体，用来防止机翼和尾翼结冰。耐高温喷嘴则是利用表面发汗而使热表面冷却的原理，被称为发汗材料。,（四）几种典型粉末冶金多孔材料制备技术和特性,烧结金属粉末多孔材料是采用金属或合金粉末为原料,通过压制成型和高温烧结而成、具有刚性结构的多孔材料。其孔隙结构由规则和不规则的粉末颗粒堆垛而成,孔隙的大小和分布以及孔隙率大小取决于粉末粒度组成和加工工艺。图1 给出烧结金属粉末多孔材料典型的微观结构,它具有均质结构特征。,1,、烧结金属粉末多孔材料,烧结金属粉末多孔材料性能指标 Performance of sintered metal powder porous materials,型号,平均孔径/m,相对渗透性/(Lmin,-1,cm,-2,Pa,-1,),孔隙率/%,强度/Mpa,SFM005,5,510,-5,30,80,SFM010,10,1.510,-4,32,90,SFM020,20,510,-4,32,100,2,烧结金属丝网多孔材料,烧结金属丝网多孔材料是由多层金属编织网叠合后,经过轧制成型和高温烧结而形成的具有刚性结构的多孔材料。这种多孔材料具有非对称结构,由支撑层、保护层和工作层组成。由于其独特的结构设计,烧结金属丝网多孔材料具有流通性好、孔隙分布均匀、整体性好,刚性好,强度高等特点,作为过滤材料,表现出优异的反吹(反冲洗)再生性能。,烧结金属丝网多孔材料广泛应用于石油化工、冶金、电力、能源等领域的流体过滤、气流分布控制、流态化输送、阻燃防爆等方面。,烧结金属丝网多孔材料微观结构(a)和元件(b),Microstructure of sintered metal mesh porous materials(a)and elements(b),烧结金属丝网多孔材料性能指标 Performance of sintered metal mesh porous materials,型号,平均孔径/m,相对渗透性/(Lmin,-1,cm,-2,Pa,-1,),孔隙率/%,强度/Mpa,SSW005,5,210,-4,21,100,SSW010,10,810,-4,22,100,SSW020,20,210,-3,24,110,3,、烧结金属纤维多孔材料,烧结金属纤维多孔材料是由金属纤维迭合后,经过压制成型和高温烧结而形成的多孔材料。烧结金属纤维多孔材料的突出特点是孔隙率高,可达到80%,具有很好的透气性。,烧结纤维多孔材料的精度可达到510m。,烧结金属纤维毡多孔材料广泛应用于化工、电力、冶金、能源等领域的气体除尘、流体净化等方面。,烧结金属纤维多孔材料微观结构(a)和元件(b),Microstructure of sintered metal fiber porous materials(a)and elements(b),金属膜材料微观结构(a)和元件(b),Microstructure of membrane materials(a)and elements(b),2、,非对称亚微米金属多孔材料制备技术,传统的烧结金属粉末滤材孔径一般在3m 以上,无论在过滤精度、还是在大通量方面都很难满足现代工业发展要求。,安泰开发了新型高精度、大通量亚微米多孔材料。这种新型的滤材采用梯度结构,即由骨架层、过渡层和工作层组成复合层结构。其中,骨架层支撑过渡层起增强作用,工作层是厚度较薄的小孔层,起过滤作用。这种新型非对称亚微米多孔材料具有很高的过滤精度,同时,由于高精度的工作层很薄(20m),使得材料的流通性能大大提高,4,、金属多孔复合催化材料的研制,多孔复合催化材料是利用多孔材料良好的孔隙分布、优异的传热特性和发达的比表面,与高效催化剂复合制备而成的一种特殊功能材料。它继承了多孔材料的结构和功能特性,具有良好的流体透过能力、丰富的比表面以及可控的流体分布特性,与催化剂的功效结合起来可以极大地提高工业过程的反应速度、提高生产率、降低能耗和简化工艺过程。,其工艺过程如下:,多孔材料表面处理 负载陶瓷膜(-Al2O3)负载催化剂活性组分(Pd 等),研制的多孔金属催化蒸馏构件可以代替传统的CDTECH,应用于催化蒸馏工艺。,另外,金属多孔催化材料和过滤元件的研制,还可以用于高温气体的除尘和净化,机动车尾气排放的后处理等。它在对颗粒物进行捕集的同时,还可以反应脱除气体中NO,x,VOC 等有害组分。实现除尘、脱硝等功能一体化。,5,、定向凝固多孔材料制备技术,金属/气体共晶定向凝固技术(GASAR)由乌克兰科学家Shapovalov 发明。Gasar 技术被认为是生产多孔金属材料的革命性工艺,不仅具有比传统多孔材料优异的性能特点,比如小的应力集中、高的机械性能、良好的导热能力等,而且具有比相同材质的致密材料高的综合机械性能(密度低,比强度、比模量高)。,另外,该项制备工艺还易于通过改变工艺参数,实现对气孔率、气孔大小和分布的控制。,渗透性主要由孔径和孔隙率决定，对比高温合金和不锈钢粉末材料，其平均孔径（6.8m，5.64m）、孔隙率（39%，35%）较为接近，渗透性也相差较小。发汗冷却喉衬的渗透性随孔隙率的增大而增大，孔隙率对渗透性的影响较大。,多孔渗透结构的抗拉强度随孔隙率的增大而下降。而不同材料的延伸率随孔隙率的变化趋势各不相同。不锈钢304 和GH22 的延伸率随孔隙率的增大而降低，而ZrCu 合金的延伸率则随孔隙率的增大而升高。高温合金和不锈钢的抗拉强度和延伸率均远高于铜合金。,通过对高温合金、不锈钢、铜合金3 种材料力学性能的对比，高温合金在孔隙率偏高的情况下仍显示了较高的强度优势，且高温合金具有良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能。,从多孔材料与致密材料的对比情况来看，材料的孔隙率在15%以下，其抗拉强度能达到相同致密材料的50%以上，但延伸率与致密材料相比相差较多，只能达到30%左右，主要因为多孔材料表现为脆性断裂，对材料的延伸率影响很大。,由于铜合金的导热率远高于不锈钢和高温合金材料，当作为热防护材料时铜合金仍具有优势，尽管其强度低于高温合金和不锈钢材料，但对于结构强度要求不是太高的燃烧装置内衬等高热流强部位，适宜采用铜合金多孔材料；,对于结构强度要求较高的热防护装置，也可以采用高温合金或不锈钢多孔材料，由于此时多孔结构主要用于发汗冷却或膜冷却，这种冷却方式冷却效率高，调整结构参数和工作参数也可以满足高热流强的热防护要求。,