多孔Ni-Cr-Al-Fe合金的制备及抗腐蚀性能研究

论文摘要

随着工业技术的发展和环境保护要求的不断提高,高温气体除尘技术的发展越来越多的受到重视,尤其是围绕着洁净煤发电技术的工业化,各国开展了大量高温气体除尘过滤关键材料的研究。多孔陶瓷和Fe3Al虽然具有良好的抗高温腐蚀性能,但由于其后续加工的困难和严重的脆性限制了它们的进一步发展。近年来,Ni-Cr-Al-Fe合金由于其良好的耐高温腐蚀性能及优异的焊接性和力学性能,在高温气体除尘净化领域中受到的关注越来越多。本文采用水雾化制备的Ni-Cr-Al-Fe合金粉末为原材料,研究了粉末烧结多孔Ni-Cr-Al-Fe合金的制备工艺、抗腐蚀性能和力学性能,研究结果表明：实验选择的5.65wt%Al和9wt%Al两种Al含量的粉末,在粒度区间为65-150μm、成形压力为225MPa下成形,在10-2Pa真空下于1200℃烧结2h可以得到符合项目要求的多孔Ni-Cr-Al-Fe合金。预氧化处理可以极大的提高该多孔合金的抗高温腐蚀性能,9wt%Al多孔合金经1000℃空气气氛10h预氧化处理后,腐蚀增重可以降低2-3个数量级。另外,Al含量对合金的制备、力学性能、抗腐蚀性能有较大的影响。随Al含量升高,合金的成形、烧结性能下降,剪切强度升高、抗腐蚀性能提高,预氧化处理更容易形成薄而致密且与基体结合性较好的保护性A1203膜。综合分析实验结果可以得出,经上述工艺制备的9wt%Al试样在1000℃空气气氛10h预氧化处理后具有较好的综合性能,其最大孔径约为22μm、透气度约为160m3/h·KPa·m2、剪切强度约为230MPa,经450℃、100h、3%H2S腐蚀后的增重仅为0.019%,其结果达到了项目指标要求。本论文是在“国家高技术研究发展计划（863计划）”（课题编号为：2009AA032601）的资助下,依托西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室完成的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 高温除尘概述
• 1.1.2 常用高温气体净化除尘技术
• 1.1.3 高温气体除尘材料
• 1.2 煤气化用金属多孔材料及制备方法
• 1.2.1 煤气化用金属多孔材料
• 1.2.2 粉末烧结金属多孔材料制备方法及烧结气氛
• 1.3 Ni-Cr-Al-Fe合金简介
• 1.4 Ni-Cr-Al-Fe合金抗氧化腐蚀研究进展
• 1.4.1 化学成分对Ni-Cr-Al-Fe合金抗氧化性能的影响
• 1.4.2 晶粒尺寸对Ni-Cr-Al-Fe合金抗氧化性能的影响
• 1.4.3 预氧化处理对Ni-Cr-Al-Fe合金抗氧化性能的影响
• 1.4.4 合金元素对Ni-Cr-Al-Fe合金抗氧化性能的影响
• 1.4.5 Ni-Cr-Al-Fe合金的高温氧化机制
• 1.5 多孔Ni-Cr-Al-Fe合金在制备和抗氧化方面存在的问题
• 1.6 本论文研究内容
• 第2章 实验材料和检测方法
• 2.1 研究对象
• 2.2 实验设计
• 2.3 实验材料
• 2.4 性能检测
• 2.4.1 孔隙度检测
• 2.4.2 试样烧结收缩率检测
• 2.4.3 最大孔径检测
• 2.4.4 透气性能检测
• 2.4.5 剪切强度检测
• 2.4.6 金相试样制备
• 2.4.7 其他性能检测
• 2.5 本论文使用主要设备名称及型号
• 第3章 制备与力学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 原料准备
• 3.2.1 粉末粒度的选择
• 3.2.2 粉末性能分析
• 3.3 试样的成形研究
• 3.3.1 粉末的成形性
• 3.3.2 成形压力对试样微观形貌的影响
• 3.3.3 成形压力对试样孔隙度和收缩率的影响
• 3.3.4 成形压力对试样最大孔径和透气度的影响
• 3.3.5 成形压力对试样剪切强度的影响
• 3.4 烧结工艺研究
• 3.4.1 烧结气氛与温度
• 3.4.2 烧结工艺
• 3.4.3 烧结温度对试样微观结构的影响
• 3.4.4 烧结温度对孔隙度和收缩率的影响
• 3.4.5 烧结温度对多孔试样特征参数的影响
• 3.5 烧结前后物相的变化
• 3.6 力学性能研究
• 3.6.1 烧结温度对试样剪切强度的影响
• 3.6.2 烧结温度对试样断裂方式的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 抗腐蚀性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 预氧化及腐蚀实验
• 4.2.1 研究对象
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 预氧化实验结果
• 4.3.1 预氧化增重曲线
• 4.3.2 预氧化试样氧化膜形貌分析
• 4.3.3 预氧化试样X-射线衍射分析
• 4.3.4 预氧化试样氧化膜EDS分析
• 4.3.5 预氧化对多孔试样特征参数的影响
• 4.3.6 预氧化对多孔材料剪切强度的影响
• 4.4 预氧化实验结果分析与讨论
• 4.4.1 预氧化热力学分析
• 4.4.2 预氧化动力学分析
• 4.4.3 预氧化机理探讨
• 4.4.4 铝含量对合金预氧化性能的影响
• 4.5 预氧化对抗腐蚀性能的影响
• 2S腐蚀实验结果'>4.5.1 H₂S腐蚀实验结果
• 2S腐蚀实验结果分析'>4.5.2 H₂S腐蚀实验结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢