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一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法

文檔序號:9338467閱讀:1267來源:國知局
一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于不銹鋼材料技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 不銹鋼纖維燒結(jié)氈是一種多功能化輕質(zhì)多孔材料,廣泛應(yīng)用于過濾分離、吸聲降 噪、沖擊能量吸收等領(lǐng)域,其拉伸以及壓縮性能直接影響服役過程中的可靠性。然而目前這 種材料存在斷裂強(qiáng)度低、壓縮能量吸收能力差等缺點(diǎn),制約著其在各種苛刻服役條件下的 應(yīng)用。
[0003] 不銹鋼纖維燒結(jié)氈的關(guān)鍵制作過程包括氣流鋪氈過程以及高溫?zé)Y(jié)過程,后者是 保證金屬纖維間形成冶金結(jié)合,保證金屬纖維氈力學(xué)性能的關(guān)鍵步驟。不銹鋼纖維燒結(jié)氈 的常規(guī)燒結(jié)工藝是將未經(jīng)壓縮的不銹鋼纖維毛氈直接放置于真空爐中,在溫度為1200°c~ 1300°C的條件下保溫2h~3h,使其燒結(jié)成為具有一定孔隙度的纖維燒結(jié)氈。由于該工藝 的燒結(jié)溫度過高,保溫時(shí)間過長,不銹鋼纖維內(nèi)部的晶粒容易粗化,顯著降低了不銹鋼纖維 燒結(jié)氈的力學(xué)性能。除此之外,由于不銹鋼纖維氈中纖維的長徑比大,互相纏繞約束,致使 纖維氈在燒結(jié)過程中整體收縮緩慢,難以在燒結(jié)過程中收縮到設(shè)定的孔隙度,特別是當(dāng)設(shè) 定的孔隙度小于85%時(shí),一般都需要將燒結(jié)后獲得的金屬纖維燒結(jié)氈用液壓機(jī)繼續(xù)壓縮至 設(shè)定的孔隙度,這進(jìn)一步降低了材料的力學(xué)性能,增加了生產(chǎn)工序,降低了材料性能的穩(wěn)定 性。例如,中國專利文獻(xiàn)號CN102068857A記載了一種金屬纖維氈的生產(chǎn)方法,其特征在于 直接將金屬纖維毛氈疊加后放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié),燒結(jié)溫度為1100 °C~1500 °C,保溫時(shí) 間為Ih~5h,冷卻降溫后得到一定孔隙度的金屬纖維氈,最后將燒結(jié)后的金屬纖維氈經(jīng)過 乳機(jī)壓制后調(diào)節(jié)厚度,得到規(guī)定厚度的金屬纖維氈成品。中國專利文獻(xiàn)號CN104289717A記 載了一種銅纖維氈的預(yù)壓縮燒結(jié)方法,將纖維裝入模具并手工預(yù)壓縮至設(shè)定孔隙度然后真 空燒結(jié),獲得燒結(jié)金屬纖維氈。雖然這種方法適用于切削態(tài)纖維多孔材料的制備,但由于集 束拉拔態(tài)的不銹鋼纖維具有較大的彈性,壓縮抗力較大,難以手工直接壓縮,并且壓縮力卸 除后材料會發(fā)生反彈,導(dǎo)致模具變形。因此該方案不能應(yīng)用于不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種不銹鋼纖維 燒結(jié)氈的制備方法。該方法不僅能實(shí)現(xiàn)不銹鋼纖維之間牢固的冶金結(jié)合,還能夠有效地避 免纖維內(nèi)部晶粒的粗化,從而使不銹鋼纖維燒結(jié)氈的力學(xué)性能顯著提高。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備 方法,其特征在于,該方法包括以下步驟:
[0006] 步驟一、將不銹鋼纖維毛氈置于真空燒結(jié)爐中,在真空度<1X102Pa的條件下, 將所述不銹鋼纖維毛氈升溫至300°C~600°C后保溫30min~120min進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)處理, 自然冷卻后得到低溫?zé)Y(jié)氈;
[0007] 步驟二、采用液壓機(jī)將步驟一中所述低溫?zé)Y(jié)氈壓縮至孔隙率為60%~95%,然 后將壓縮后的低溫?zé)Y(jié)氈置于真空燒結(jié)爐中,在真空度<IXio2Pa的條件下,將壓縮后的 低溫?zé)Y(jié)毯升溫至900°C~1000°C后保溫Imin~30min進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理,自然冷卻后得 到不銹鋼纖維燒結(jié)氈。
[0008] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法,其特征在于,步驟一中所述不銹鋼纖 維毛氈中的不銹鋼纖維為采用集束拉拔法制備的纖維。
[0009] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法,其特征在于,步驟一中所述不銹鋼纖 維毛毯中不銹鋼纖維的絲徑為8ym~60um。
[0010] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法,其特征在于,步驟一中所述不銹鋼纖 維毛氈為316L不銹鋼纖維毛氈。
[0011] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法,其特征在于,步驟一中所述低溫?zé)Y(jié) 處理的溫度為400 °C~500 °C。
[0012] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法,其特征在于,步驟二中所述壓縮后的 低溫?zé)Y(jié)氈的孔隙率為80 %~85 %。
[0013] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法,其特征在于,步驟一和步驟二中所述 升溫的速率均為5°C/min~20°C/min。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015] 1、本發(fā)明在對不銹鋼纖維毛氈進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)前,預(yù)先將不銹鋼纖維毛氈進(jìn)行低溫 燒結(jié)處理,低溫?zé)Y(jié)處理的溫度嚴(yán)格限制在300°C~600°C之間,保溫時(shí)間限制在0. 5h~2h 之間,這是由于,溫度過低/時(shí)間過短無法有效消除纖維內(nèi)部彈性應(yīng)力,溫度過高/時(shí)間過 長則材料發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶,纖維內(nèi)部的高密度位錯消失,無法保證材料在較低溫度下完成 燒結(jié)。
[0016] 2、本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn),不銹鋼纖維毛氈,尤其是集束拉拔態(tài)纖維制成的不銹鋼纖維 毛氈,能在低溫短時(shí)保溫下完成燒結(jié),其主要原因是由于在拉拔過程中纖維內(nèi)部產(chǎn)生了高 密度位錯,在燒結(jié)時(shí)通過位錯滑移等機(jī)制使得纖維燒結(jié)結(jié)點(diǎn)周圍的原子快速流動促進(jìn)了燒 結(jié)結(jié)點(diǎn)的快速生長。通過上述的低溫?zé)Y(jié)工藝既降低了預(yù)壓縮需要的壓制力,又防止了卸 壓后材料的反彈變形,還保證了后續(xù)低溫短時(shí)燒結(jié)過程中纖維內(nèi)部高密度位錯對燒結(jié)的促 進(jìn)作用。從而實(shí)現(xiàn)了材料的低溫短時(shí)燒結(jié)。
[0017] 3、本發(fā)明不僅能夠?qū)崿F(xiàn)纖維之間牢固的冶金結(jié)合,還避免了纖維內(nèi)部晶粒的粗 化,從而提高了不銹鋼纖維燒結(jié)氈的力學(xué)性能。
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1-2以及對比例1-2制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的拉伸應(yīng) 力-應(yīng)變曲線對比圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1-2以及對比例1-2制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的拉伸應(yīng) 力-應(yīng)變曲線對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 實(shí)施例1
[0022] 本實(shí)施例不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法包括以下步驟:
[0023] 步驟一、將不銹鋼纖維毛氈置于真空燒結(jié)爐中,在真空度< 1X10 2Pa的條件下, 將不銹鋼纖維毛氈以10°c/min的升溫速率升溫至400°C后保溫60min進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)處理, 自然冷卻后得到低溫?zé)Y(jié)氈;所述不銹鋼纖維毛氈中的不銹鋼纖維優(yōu)選為采用集束拉拔法 制備的316L不銹鋼纖維,纖維絲徑為28ym;
[0024] 步驟二、采用液壓機(jī)將步驟一中所述低溫?zé)Y(jié)氈壓縮至孔隙率為83%,然后將壓 縮后的低溫?zé)Y(jié)氈置于真空燒結(jié)爐中,在真空度<IXio2Pa的條件下,將壓縮后的低溫?zé)?結(jié)氈以10°C/min的升溫速率升溫至900°C后保溫30min進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理,自然冷卻后得 到不銹鋼纖維燒結(jié)氈。
[0025] 將本實(shí)施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈裁制成拉伸試樣(規(guī)格130mmX20mmX3mm) 和壓縮試樣(規(guī)格IOmmX10_X20mm),然后進(jìn)行拉伸性能和壓縮性能檢測,測試結(jié)果見表 1。本實(shí)施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1中的曲線A所示。本 實(shí)施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2中的曲線M所示。由此可 知,采用本實(shí)施例制備不銹鋼纖維燒結(jié)氈,不僅實(shí)現(xiàn)了不銹鋼纖維之間牢固的冶金結(jié)合,還 避免了纖維內(nèi)部晶粒的粗化,從而提高了不銹鋼纖維燒結(jié)氈的力學(xué)性能。
[0026] 實(shí)施例2
[0027] 本實(shí)施例不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法包括以下步驟:
[0028] 步驟一、將不銹鋼纖維毛氈置于真空燒結(jié)爐中,在真空度< 1X10 2Pa的條件下, 將不銹鋼纖維毛氈以10°c/min的升溫速率升溫至500°C后保溫30min進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)處理, 自然冷卻后得到低溫?zé)Y(jié)氈;所述不銹鋼纖維毛氈中的不銹鋼纖維優(yōu)選為采用集束拉拔法 制備的316L不銹鋼纖維,纖維絲徑為28ym;
[0029] 步驟二、采用液壓機(jī)將步驟一中所述低溫?zé)Y(jié)氈壓縮至孔隙率為83%,然后將壓 縮后的低溫?zé)Y(jié)氈置于真空燒結(jié)爐中,在真空度<IXio2Pa的條件下,將壓縮后的低溫?zé)?結(jié)氈以10°C/min的升溫速率升溫至KKKTC后保溫IOmin進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)處理,自然冷卻后 得到不銹鋼纖維燒結(jié)氈。
[0030] 將本實(shí)施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈裁制成拉伸試樣(規(guī)格130mmX20mmX3mm) 和壓縮試樣(規(guī)格IOmmX10_X20mm),然后進(jìn)行拉伸性能和壓縮性能檢測,測試結(jié)果見表 1。本實(shí)施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1中的曲線C所示。本 實(shí)施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖2中的曲線N所示。由此可 知,采用本實(shí)施例制備不銹鋼纖維燒結(jié)氈,不僅實(shí)現(xiàn)了不銹鋼纖維之間牢固的冶金結(jié)合,還 避免了纖維內(nèi)部晶粒的粗化,從而提高了不銹鋼纖維燒結(jié)氈的力學(xué)性能。
[0031] 實(shí)施例3
[0032] 本實(shí)施例不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法包括以下步驟:
[0033] 步驟一、將不銹鋼纖維毛氈置于真空燒結(jié)爐中,在真空度< 1X10 2Pa的條件下, 將不銹鋼纖維毛氈以20°C/min的升溫速率升溫至600°C后保溫30min進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)處理, 自然冷卻后得到低溫?zé)Y(jié)氈;所述不銹鋼纖維毛氈中的不銹鋼纖維優(yōu)選為
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