合金纤维毡烧结工艺研究范文

《粉末冶金工业杂志》2016年第一期

摘要：

以集束拉拔法生产的C-276合金纤维为原料，经过纤维剪切、湿法成网、叠配毡等工序制备出纤维毡坯料，按照正交法设计出的实验方案，采用真空加压烧结法制备出C-276合金纤维毡样品，研究了烧结温度、保温时间及加压压力对纤维毡泡点压力损失率的影响。结果表明：烧结温度是影响泡点压力损失率的最显著因素；哈氏C-276合金纤维毡的最佳烧结工艺是烧结温度1150℃，保温4.5h，加压0.8kPa。

关键词：

正交法；哈氏C-276合金；真空加压烧结；金属纤维毡

哈氏C-276合金属于镍-钼-铬-钨系镍基合金，是现代金属材料中最耐蚀的一种，在苛刻的腐蚀环境中，如化工、石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域有着相当广泛的应用[1-2]。哈氏C-276合金纤维毡是由哈氏C-276合金纤维组成的纤维毡坯料，经过真空加压烧结而制得。这种材料既保留了哈氏C-276合金的耐蚀特性，还具有多孔材料的相对密度低、比强度高、比表面积高、质量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，是一种耐蚀性金属多孔材料。哈氏C-276合金纤维毡具有过滤、分离、消音、布气、催化、热交换等功能，将在普通金属多孔材料（如不锈钢纤维毡）无法应用的腐蚀环境中发挥十分重要的作用[3-8]。哈氏C-276合金纤维毡烧结过程中，主要受烧结温度、保温时间及加压压力3个因素影响，且3个因素之间相互制约，因此本文选用正交法开展实验。纤维毡在使用时，大多都要做成波折滤芯，而客户通常把泡点压力损失率作为判定产品质量的重要依据。为此，本文研究了烧结温度、保温时间及加压压力对泡点压力损失率的影响，从而最终确定出哈氏C-276合金纤维毡最佳的烧结工艺。

1实验

1.1正交实验的设计把烧结温度、保温时间及加压压力3个因素作为影响哈氏C-276合金纤维毡质量的最关键因素，制定出如表1所示的3因素3水平正交实验表。

1.2C-276合金纤维毡坯料的制备以集束拉拔法生产的丝径为12μm（600g/m2）与22μm（300g/m2）的哈氏C-276合金纤维为原料，经过图1所示的工艺流程制备出9张尺寸为600mm×1000mm的纤维毡毛坯料。其中短纤维长度要保持在10～20mm，这是为了保证湿法成网过程中，纤维可以均匀分散在浆料中，进而保证纤网的质量。湿法成网工序就是把短纤维放入湿法铺毡机中，在搅拌机的搅动下，纤维将均匀分散于浆料中，然后经过滤网过滤，将在滤网表面形成纤网。纤网叠配是把不同丝径纤维组成的纤网按照一定的配方一层层叠配在一起，形成纤维毡毛坯料。

1.3真空加压烧结把纤维毡坯料平铺在炉架上，上下用隔离层夹住，再在隔离层上面铺上一定质量的耐高温钢板，然后关闭炉门，按照正交实验设定烧结温度、保温时间及加压压力，然后启动真空烧结炉进行烧结。隔离层是一种阻止在高温烧结过程中纤维毡与炉架及钢板粘连的材料。

1.4波折滤芯的制备对制备出的9张哈氏C-276合金纤维毡进行压延处理，使其厚度保持一致，为（0.60±0.02）mm，然后在每张毡上裁剪出2块200mm×800mm尺寸的样品，再在型号为ZBJ20×600TQ的拍板式波折纹机上对样品进行波折，最后再经过焊接、挤压收口、整形等工序，制备如图2所示的波折滤芯，数量为18个。

1.5气泡点压力损失率的计算纤维毡经过压延处理后，在保证可裁剪出2块尺寸为200mm×800mm样品的前提下，在纤维毡不同部位取样5个，然后用BMP-93A型过滤器渗透性实验仪测试其气泡点压力，最后计算出5个数据的平均值，即为该张纤维毡气泡点压力。由于每张纤维毡均制备了2个波折滤芯，因此纤维毡波折后的泡点压力为2个波折滤芯泡点压力的平均值。波折滤芯泡点压力的测量同样在BMP-93A型过滤器渗透性实验仪上进行。

2结果与分析

正交实验结果见表2，各因素的极差分析结果见表3。由表2、3可以看出，烧结温度的极差最大，加压压力次之，保温时间最小。也就是说，烧结温度对泡点压力损失率的影响最为显著。3个因素最优水平为A2B3C3，即烧结温度为1150℃，加压压力为0.8kPa，保温时间为4.5h。烧结温度是影响泡点压力损失率的最显著因素，这是因为在烧结过程中，温度起到克服能垒的作用，较高的烧结温度将为整个烧结过程起到推动作用。但是从烧结温度对泡点压力损失率的影响上看，烧结温度也并非越高越好，如图3所示。可以看出，烧结温度由1100℃提高到1150℃时，泡点压力损失率明显降低，但当烧结温度继续提高到1200℃时，泡点压力损失率不但没有降低，反而呈现升高趋势。这是因为，当烧结温度为1100～1150℃时，纤维之间的冶金结合力随烧结温度升高逐渐提高，并且纤维的晶粒尺寸维持在较小的水平，未对材料的强度造成影响，此时纤维毡波折前后泡点压力损失主要由于纤维间相互滑移引起，并且这种这种滑移现象随烧结温度的提高逐渐减弱。当烧结温度为1150～1200℃时，纤维的晶粒尺寸迅速增大，造成材料强度下降，此时纤维毡波折前后的泡点压力损失主要由于纤维断裂引起。

3结论

（1）烧结温度是影响泡点压力损失的最显著因素，其次是加压压力，最后是保温时间。（2）哈氏C-276合金纤维毡的最佳烧结工艺为：烧结温度1150℃，保温4.5h，加压压力0.8kPa。

参考文献：

[1]林黎颖.Hastelloy系耐蚀合金的性能及应用[J].腐蚀与防护，1997，18(5)：212-214.

[2]陆世英.超级不锈钢和高镍耐蚀合金[M].北京：化工工业出版社，2012.

[3]奚正平.烧结金属多孔材料[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[4]廖际常.粉末冶金多孔材料[M].北京：冶金工业出版社，1979.

[5]许佩敏.金属多孔材料孔结构表征技术[J].热加工工艺，2009，38(12)：50-53.

[6]汤慧萍.金属多孔材料发展现状[J].稀有金属材料与工程，1997，26(1)：1-4.

[7]朱纪磊.金属纤维多孔材料加工过程中孔结构保护研究[J].粉末冶金工业，2007，17(6)：25-27.

[8]左彩霞.一种对烧结金属纤维毡过滤等级划分方法[J].粉末冶金工业，2011，21(3)：40-41.

作者：许佩敏 杨延安 张小庆 郭亮 侯利强 单位：西安菲尔特金属过滤材料有限公司