[发明专利]一种多孔NiAl金属间化合物的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种NiAl多孔金属间化合物的液固相控制分离制备工艺方法，属于多孔材料领域。

背景技术：

多孔NiAl金属间化合物，其基体NiAl金属间化合物具有优异的高温抗氧化性，其抗氧化极限可达1250 ℃，NiA1金属间化合物还具有优于不锈钢的抗蚀性能，将Ni-Al制备成多孔材料后，在航空航天轻质高温结构材料、汽车尾气处理、工业废水处理、催化剂载体等领域有广泛的应用前景。 

目前公知的多孔Ni-Al金属间化合物的制备主要有：自蔓延高温合成（SHS）及混合粉末偏扩散反应合成烧结方法。

SHS技术由于Ni-Al 合金液相线和固相线的距离较大，合金的成分过冷区较大，倾向于形成枝晶，枝晶间的液体易被封闭而产生闭孔；此外，由于反应时间短，不易获得单相的Ni-Al金属间化合物。 

混合粉末偏扩散反应合成烧结的工艺过程及原理为：镍粉和铝粉均匀混料，混合粉压制成坯后进行真空烧结，通过烧结过程中的Kirkendal偏扩散效应，实现多孔化，该制备方法的不足体现在：（1）以粉末为原料，且需要真空烧结，粉末冶金过程本身的不足，使制备过程复杂、成本较高，所制备材料体积及产量有限；（2）烧结体的宏观尺寸膨胀，该体积膨胀对于制备复杂构件时有不良影响；（3）获得的多孔Ni-Al金属间化合物相结构不均匀，会同时出现NiAl及NiAl相，如要消除相不均一现象，则需要长时间的高温扩散处理。 

发明内容：

本发明从熔体途径出发，克服了现有技术的不足，提供了一种熔体液固相控制分离的方法制备多孔NiAl金属间化合物。

本发明的技术方案是：将镍铝合金按一定的质量百分比配料，加热至熔化、保温后加入SiC纤维，然后将合金熔体降温到液固两相区保温，最后将保温得到的半固态合金减压分离液相，冷却后得到多孔NiAl金属间化合物。

本发明提供了一种多孔NiAl金属间化合物的制备方法，其具体制备步骤如下：（如图1所示）

（1）镍-铝合金熔体的制备：采用工业纯镍及工业纯铝为原料（工业纯镍的纯度一般99.0～99.80%，工业纯铝的纯度一般为纯度为99.50～99.90%），按照工业纯镍的质量百分比为66～73%，工业纯铝的质量百分比为27～34%配制镍-铝合金，将配料后的工业纯镍和工业纯铝加热到1640～1720℃熔化、保温30min.，获得镍-铝合金熔体；

（2）镍-铝合金熔体的液固相控制：向步骤（1）制得的镍-铝合金熔体中加入熔体体积含量2～4%的SiC纤维，以500～1000转/分的搅拌速度搅拌3-5分钟，使SiC纤维均匀分散在镍-铝合金熔体中；将含SiC纤维的镍-铝合金熔体温度降低到1585～1600℃并保温20分钟，β′固相（NiAl相）在SiC纤维基底上形核生长，形成纤维状β′固相和液相共存的半固态镍-铝合金；

（3）半固态镍-铝合金的液相分离：将步骤（2）中制得的半固态铁-铝合金置于气压为1×10^-3～1×10^-4atm的条件下，液相在负压作用下从纤维状β′固相中分离，留下纤维状β′固相骨架，然后在冷却速度为5～15℃/min条件下缓冷至常温即得到多孔NiAl金属间化合物,被分离去除的液相体积百分比即为孔隙率

所述SiC纤维的直径为0.5～2μm，SiC纤维的长度为1～3cm。

所述形成纤维状β′固相的体积百分比为50%～60%。

本发明的原理：       

1、镍-铝合金熔体的液固相控制原理

（1）合金成分及温度控制：由Ni-Al合金二元相图（图1）可见，可形成NiAl金属间化合物的成分范围为镍的质量百分比为66～73%，铝的质量百分比为23-34%，该成分范围的合金处于液-固两相区的温度为1580～1620℃。

（2）液固相体积含量控制：镍-铝合金熔体中，当化学成分一定时，在一定温度下，合金处于液-固两相区，此时，液固相的体积百分含量可通过杠杆定律确定，通过成分及温度的调控可实现固相体积百分含量的控制,液相体积百分含量即为孔隙率，以此实现多孔NiAl金属间化合物的孔隙率控制。