一種高溫環(huán)境使用的多孔合金過(guò)濾元件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫環(huán)境使用的多孔合金過(guò)濾元件及其制備方法，屬于多孔金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]包括旋風(fēng)收塵、電收塵、布袋收塵與濕法常溫凈化等在內(nèi)的傳統(tǒng)煙氣處理方法，難以直接對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行過(guò)濾；為了解決現(xiàn)有高溫收塵中的問(wèn)題，專利CN101934177B提出了采用顆粒床進(jìn)行高溫?zé)煔獾膬艋?，但該專利技術(shù)依然難捕集煙氣中的細(xì)顆粒粉塵等缺陷；多孔陶瓷可實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔獾闹苯觾艋?，但其抗熱震性差等方面缺陷，?yán)重影響了過(guò)濾系統(tǒng)的使用壽命；盡管專利CN10195426B與專利CN101913874B對(duì)多孔陶瓷的壽命延長(zhǎng)提出了不錯(cuò)的解決方案，但依然無(wú)法從根本上改變陶瓷材料所固有的缺陷。目前用在高溫流體領(lǐng)域的過(guò)濾材料大多為莫來(lái)石或碳化硅的陶瓷過(guò)濾板，陶瓷過(guò)濾板最大的問(wèn)題是脆性大、抗熱震性差，另外，難以重復(fù)使用，這不僅導(dǎo)致了需要高溫流體進(jìn)行過(guò)濾企業(yè)的生產(chǎn)成本高，而且還造成了陶瓷資源的浪費(fèi)；平板過(guò)濾元件的過(guò)濾面積小，在使用該材料時(shí)需要頻繁更換，也是使用該類材料時(shí)成本高的另一個(gè)原因所在。
[0003]為了克服陶瓷的缺陷，專利1314477C提供了一種金屬過(guò)濾元件，盡管該材料過(guò)濾性能優(yōu)良，但由于該材料的過(guò)濾面積有限，在制作過(guò)濾系統(tǒng)時(shí)需要用到大量的該類金屬過(guò)濾元件，從而導(dǎo)致高溫除塵成本較高。
[0004]鐵鉻鋁合金是一類鐵素體合金，因?yàn)槟茉诟邷丨h(huán)境下表面生成一層與基體結(jié)合緊密的致密氧化鋁保護(hù)膜，使其具有耐腐蝕、抗氧化、抗?jié)B碳以及耐磨等優(yōu)點(diǎn)，從而在高溫粉塵或高溫流體過(guò)濾及催化載體等方面應(yīng)用前景很大。目前國(guó)內(nèi)外也開(kāi)展了一些采用鐵鉻鋁合金為基體來(lái)制備多孔金屬材料的研宄，如:專利CN102286669A首先在聚氨酯海綿等多孔體上噴涂鉻粉和鋁粉，經(jīng)過(guò)導(dǎo)電膠浸涂、加溫固化等工序后進(jìn)行電沉積鐵而得到鐵鉻鋁多孔材料；專利CNlOl 172257A制備泡沫鐵鉻鋁是以泡沫形狀金屬(鐵、鎳、銅及其合金等)為基材，在基材的多孔表面進(jìn)行火焰噴涂鐵鉻鋁而得到。這些方法盡管可制備出鐵鉻鋁多孔金屬材料，但存在工藝復(fù)雜、原料成本高等問(wèn)題；另一方面現(xiàn)有鐵鉻鋁材料在高溫下使用后，由于晶粒長(zhǎng)大使其變得易脆，從而影響了這類材料在高溫環(huán)境下的使用壽命。
[0005]針對(duì)現(xiàn)有高溫環(huán)境所使用過(guò)濾元件所存在過(guò)濾面積小、使用壽命短、難循環(huán)使用等方面的問(wèn)題，本發(fā)明人經(jīng)反復(fù)研宄，發(fā)明了一種高溫環(huán)境使用的多孔金屬過(guò)濾元件及其制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種結(jié)構(gòu)合理、過(guò)濾面積大、使用壽命長(zhǎng)、高溫強(qiáng)度優(yōu)良、可循環(huán)使用的高溫環(huán)境使用的多孔合金過(guò)濾元件及其制備方法。
[0007]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔合金過(guò)濾元件，所述過(guò)濾元件由多個(gè)過(guò)濾通道相互平行布置構(gòu)成，每一個(gè)過(guò)濾通道的一端封閉，另一端開(kāi)口，相鄰兩個(gè)過(guò)濾通道的封閉端相向設(shè)置，所述過(guò)濾元件的材質(zhì)為鐵鉻鋁基復(fù)合多孔合金材料。
[0008]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔合金過(guò)濾元件，過(guò)濾通道的直徑為Φ 1mm- Φ 100mm。
[0009]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔合金過(guò)濾元件，所述鐵鉻鋁基復(fù)合多孔合金材料中分布有延伸至合金材料表面的微孔，微孔的孔徑范圍為500nm-40um。
[0010]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔合金過(guò)濾元件，過(guò)濾通道封閉端的封閉層厚度為3-10mm ;過(guò)濾通道的壁厚為3_10mm。
[0011]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔合金過(guò)濾元件，所述鐵鉻鋁基復(fù)合多孔合金材料，包括下述組分按質(zhì)量百分比組成:
[0012]鋁3-7wt%，鉻 15-25wt%，碳化硅 2_10wt%，稀土 0.03-0.5wt%，余量為鐵。
[0013]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔合金過(guò)濾元件，所述稀土為鑭鈰混合稀土或稀土釔，鑭鈰混合稀土中各組分的質(zhì)量按任意比例配置。
[0014]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔金屬過(guò)濾元件的制備方法，包括如下步驟:
[0015]第一步:制備含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊
[0016]根據(jù)設(shè)計(jì)的鐵鉻鋁基多孔金屬材料中碳化硅、稀土的質(zhì)量配比，按同比例放大后的碳化硅、稀土的質(zhì)量比，分別稱取碳化硅粉、稀土，與鐵粉混合得到混合粉末，將混合粉末真空球磨混合均勻后，壓制成型，于1200-1300°C真空燒結(jié)1-3小時(shí)后，隨爐冷卻得到含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊；控制混合粉末中碳化硅粉和稀土的總質(zhì)量與鐵粉質(zhì)量比為1:1-2 ；
[0017]第一.步:制備含碳化娃、稀土的鐵絡(luò)銷基合金徒
[0018]根據(jù)第一步得到的含稀土的鐵-碳化硅燒結(jié)塊中稀土、碳化硅、鐵的質(zhì)量，按設(shè)計(jì)的鐵鉻鋁基多孔金屬材料各組分配比，配置鋁錠、鉻粉及余量的鐵粉，氬氣保護(hù)氣氛下于2000-2200°C熔煉1-3小時(shí)后，隨爐冷卻得到含碳化硅、稀土的鐵鉻鋁基合金錠；
[0019]第三步:制備粒度在1-1OOum的鐵鉻鋁基合金粉
[0020]將第二步得到的鐵鉻鋁基合金錠破碎后真空球磨至粒度為1-1OOum的鐵鉻鋁基合金粉；
[0021]第四步:配制含鐵鉻鋁基合金粉末料漿
[0022]按質(zhì)量比(8-10): (0.5-2): (0.5-1)分別稱取第三步所制備合金粉、造孔劑、粘接劑，混合均勻，得到混合粉末，稱取45-75份的混合粉末加入到25-55份的去離子水中，配制成含鐵鉻鋁基合金粉末料漿；
[0023]第五步:澆注成型
[0024]將模具置于超聲波震動(dòng)場(chǎng)中，開(kāi)啟超聲波，將第四步配制的料漿澆入模具，模具中料漿注滿后，超聲波繼續(xù)開(kāi)啟30-60分鐘；然后，將澆注有料漿的模具置于80-120°C干燥后，拆模，得到多孔金屬過(guò)濾元件坯體；
[0025]第六步:燒結(jié)
[0026]將第五步得到的多孔金屬過(guò)濾元件坯體，于惰性氣氛或真空環(huán)境下，以1-30C /min升溫速率升至600-800°C保溫0.5-2小時(shí)后，以5_10°C /min升溫速率升至1200-1400°C，燒結(jié)0.5-2h，隨爐冷卻，得到多孔金屬過(guò)濾元件。
[0027]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔金屬過(guò)濾元件的制備方法，所述造孔劑選自淀粉、尿素、碳銨中的一種，造孔劑的粒度范圍為0.5-40um。
[0028]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔金屬過(guò)濾元件的制備方法，所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥基丙烯纖維素、聚乙二醇、聚乙烯乙醇中的至少一種。
[0029]本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔金屬過(guò)濾元件的制備方法，所述模具包括上蓋、底板、側(cè)板、芯材，所述底板與上蓋之間通過(guò)側(cè)板連接構(gòu)成一空心腔體，側(cè)板的高度與多孔金屬過(guò)濾元件的高度一致；在所述底板與上蓋上均布有芯材，所述芯材用于形成多孔金屬過(guò)濾元件的過(guò)濾通道，芯材的長(zhǎng)度為過(guò)濾通道空心段的長(zhǎng)度，芯材的直徑與過(guò)濾通道的直徑一致，安裝在底板上的芯材與安裝在上蓋上的芯材相互錯(cuò)位，相鄰兩根芯材外壁之間的間距為過(guò)濾通道的壁厚。本發(fā)明一種高溫環(huán)境使用的多孔金屬過(guò)濾元件的制備方法，芯材的材質(zhì)選自木材、碳棒、石墨中的任意一種。
[0030]本發(fā)明所具有的優(yōu)勢(shì)分析:
[0031]1、本發(fā)明材料的過(guò)濾面積增大。
[0032]本發(fā)明之所以具有大的過(guò)濾面積，通過(guò)下面的計(jì)算便可清楚知道。假設(shè)一塊正方形的平板過(guò)濾板邊長(zhǎng)為lm，厚度為50_，那么它的直接過(guò)濾面積為lm2。如果本發(fā)明的一塊過(guò)濾板，其邊長(zhǎng)、厚度與正方形平板相同，分別為Im與50mm，假設(shè)其中過(guò)濾通道的直徑為10mm，過(guò)濾通道的壁厚及封閉層厚度均為5mm，那么本發(fā)明材料中有2500個(gè)Φ 1mm的過(guò)濾通道，該材料的直接過(guò)濾面積為S可通過(guò)下式計(jì)算出來(lái):
[0033]S = (2500 X Ji X 10 X 45) +106+1 ^ 4.53m2
[0034]相當(dāng)于直接過(guò)濾面積擴(kuò)大了 4.53倍。
[0035]2、本發(fā)明材料的使用壽命長(zhǎng)，特別是在高溫下使用壽命長(zhǎng)。這主要是因?yàn)?
[0036]①鐵鉻鋁材料的金屬特性，使其耐急冷急熱性能優(yōu)秀，這是陶瓷材料難以具備的；抗高溫腐蝕性能優(yōu)良，最高使用溫度可達(dá)1400°C ;
[0037]②碳化硅與稀土的存在，極大抑制了鐵鉻鋁材料在高溫環(huán)境下的晶粒長(zhǎng)大，從根本上解決了鐵鉻鋁材料的高溫脆性問(wèn)題；
[0038]3、本發(fā)明的材料在使用時(shí)壓降小，且可重復(fù)使用。這主要是因?yàn)?
[0039]①過(guò)濾通道的壁厚及封閉層厚度最低可控制在3mm，這樣，凈化氣體的運(yùn)行路程短，為該材料的低壓降創(chuàng)造了條件。如果陶瓷材料做到3mm厚，如果體系的壓力稍大，很容易壓碎陶瓷，而本發(fā)明材料的金屬特質(zhì)可保證大壓力下也不會(huì)壓碎該過(guò)濾元件；
[0040]②當(dāng)通過(guò)反吹等操作，依然無(wú)法將