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铁基蜂窝载体材料的制备及微观组织与性能研究

杜玉洁  
【摘要】:金属蜂窝是金属骨架和蜂窝孔相间(形状与蜜蜂巢穴极为相似)的一种新型多功能复合材料。金属蜂窝的应用已经涉及交通运输、航空航天、能源和化工等领域,当前金属蜂窝已经成熟应用于汽车尾气净化催化剂载体上。针对目前市场上使用的箔材卷绕型金属蜂窝载体存在的种种缺陷,本论文提出采用粉末增塑挤压—烧结工艺制备低成本、高性能的金属蜂窝载体。论文在金属蜂窝的挤压、烧结和组织性能分析等方面进行了系统的研究,主要研究内容和结果如下: (1)根据蜂窝载体材料的选料原则,实验选取耐高温抗氧化的316L不锈钢和Fe-Cr-Al合金两大体系。 (2)在整个挤压过程中,挤压模具、入料圈、混合料配比都是影响挤压金属蜂窝成形性的关键因素,入料圈的选择上不宜太大或太小,最佳的选择为31.6mm和31.8mm。316L不锈钢粉末和水基粘结剂的配料比在76%和77%时成形性较好,而Fe-Cr-Al合金的配料比在74%和75%时成形性较好。 (3)对于316L不锈钢烧结蜂窝,提高烧结温度或者延长烧结时间,蜂窝的体积收缩率和表观密度均增大。对于Fe-Cr-Al烧结金属蜂窝,在相同的烧结温度(1000℃)下,随着烧结时间的延长,蜂窝的体积膨胀率不断增大,但是表观密度却是逐渐减小的。 (4)316L不锈钢合金在氢气气氛中烧结的不锈钢蜂窝组织中基体为Fe-Cr-Ni-C(γ-Fe)固溶体,第二相颗粒为富含Si的低熔点化合物,基体表面氧化形成Cr1.3Fe0.7O3;通过分析烧结温度和烧结时间对316L蜂窝烧结组织的影响,确定最佳烧结工艺为:烧结温度1150℃、烧结时间20min。烧结气氛对Fe-Cr-Al合金蜂窝最终成分影响很大,在氢气气氛下烧结,基体组织中Al发生氧化导致蜂窝致密化难以进行,烧结蜂窝整体强度不高;在惰性气体下烧结,烧结组织氧化严重,但是各种氧化物互相烧结在一起使蜂窝具有较低的强度,烧结时间越高金属蜂窝的烧结组织越致密。 (5)实验测定了316L不锈钢和Fe-Cr-Al金属烧结蜂窝的结构参数、比表面积、表面吸附性以及力学性能。


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