一種高溫環境使用的多孔合金過濾元件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高溫環境使用的多孔合金過濾元件及其制備方法，屬于多孔金屬材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]包括旋風收塵、電收塵、布袋收塵與濕法常溫凈化等在內的傳統煙氣處理方法，難以直接對高溫煙氣進行過濾；為了解決現有高溫收塵中的問題，專利CN101934177B提出了采用顆粒床進行高溫煙氣的凈化，但該專利技術依然難捕集煙氣中的細顆粒粉塵等缺陷；多孔陶瓷可實現高溫煙氣的直接凈化，但其抗熱震性差等方面缺陷，嚴重影響了過濾系統的使用壽命；盡管專利CN10195426B與專利CN101913874B對多孔陶瓷的壽命延長提出了不錯的解決方案，但依然無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域的過濾材料大多為莫來石或碳化硅的陶瓷過濾板，陶瓷過濾板最大的問題是脆性大、抗熱震性差，另外，難以重復使用，這不僅導致了需要高溫流體進行過濾企業的生產成本高，而且還造成了陶瓷資源的浪費；平板過濾元件的過濾面積小，在使用該材料時需要頻繁更換，也是使用該類材料時成本高的另一個原因所在。
[0003]為了克服陶瓷的缺陷，專利1314477C提供了一種金屬過濾元件，盡管該材料過濾性能優良，但由于該材料的過濾面積有限，在制作過濾系統時需要用到大量的該類金屬過濾元件，從而導致高溫除塵成本較高。
[0004]鐵鉻鋁合金是一類鐵素體合金，因為能在高溫環境下表面生成一層與基體結合緊密的致密氧化鋁保護膜，使其具有耐腐蝕、抗氧化、抗滲碳以及耐磨等優點，從而在高溫粉塵或高溫流體過濾及催化載體等方面應用前景很大。目前國內外也開展了一些采用鐵鉻鋁合金為基體來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，經過導電膠浸涂、加溫固化等工序后進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，但存在工藝復雜、原料成本高等問題；另一方面現有鐵鉻鋁材料在高溫下使用后，由于晶粒長大使其變得易脆，從而影響了這類材料在高溫環境下的使用壽命。
[0005]針對現有高溫環境所使用過濾元件所存在過濾面積小、使用壽命短、難循環使用等方面的問題，本發明人經反復研宄，發明了一種高溫環境使用的多孔金屬過濾元件及其制備方法。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種結構合理、過濾面積大、使用壽命長、高溫強度優良、可循環使用的高溫環境使用的多孔合金過濾元件及其制備方法。
[0007]本發明一種高溫環境使用的多孔合金過濾元件，所述過濾元件由多個過濾通道相互平行布置構成，每一個過濾通道的一端封閉，另一端開口，相鄰兩個過濾通道的封閉端相向設置，所述過濾元件的材質為鐵鉻鋁基復合多孔合金材料。
[0008]本發明一種高溫環境使用的多孔合金過濾元件，過濾通道的直徑為Φ 1mm- Φ 100mm。
[0009]本發明一種高溫環境使用的多孔合金過濾元件，所述鐵鉻鋁基復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]本發明一種高溫環境使用的多孔合金過濾元件，過濾通道封閉端的封閉層厚度為3-10mm ;過濾通道的壁厚為3_10mm。
[0011]本發明一種高溫環境使用的多孔合金過濾元件，所述鐵鉻鋁基復合多孔合金材料，包括下述組分按質量百分比組成:
[0012]鋁3-7wt%，鉻 15-25wt%，碳化硅 2_10wt%，稀土 0.03-0.5wt%，余量為鐵。
[0013]本發明一種高溫環境使用的多孔合金過濾元件，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量按任意比例配置。
[0014]本發明一種高溫環境使用的多孔金屬過濾元件的制備方法，包括如下步驟:
[0015]第一步:制備含稀土的鐵-碳化硅燒結塊
[0016]根據設計的鐵鉻鋁基多孔金屬材料中碳化硅、稀土的質量配比，按同比例放大后的碳化硅、稀土的質量比，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1-3小時后，隨爐冷卻得到含稀土的鐵-碳化硅燒結塊；控制混合粉末中碳化硅粉和稀土的總質量與鐵粉質量比為1:1-2 ；
[0017]第一.步:制備含碳化娃、稀土的鐵絡銷基合金徒
[0018]根據第一步得到的含稀土的鐵-碳化硅燒結塊中稀土、碳化硅、鐵的質量，按設計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，氬氣保護氣氛下于2000-2200°C熔煉1-3小時后，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場中，開啟超聲波，將第四步配制的料漿澆入模具，模具中料漿注滿后，超聲波繼續開啟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，得到多孔金屬過濾元件坯體；
[0025]第六步:燒結
[0026]將第五步得到的多孔金屬過濾元件坯體，于惰性氣氛或真空環境下，以1-30C /min升溫速率升至600-800°C保溫0.5-2小時后，以5_10°C /min升溫速率升至1200-1400°C，燒結0.5-2h，隨爐冷卻，得到多孔金屬過濾元件。
[0027]本發明一種高溫環境使用的多孔金屬過濾元件的制備方法，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]本發明一種高溫環境使用的多孔金屬過濾元件的制備方法，所述粘結劑為聚乙烯醇、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]本發明一種高溫環境使用的多孔金屬過濾元件的制備方法，所述模具包括上蓋、底板、側板、芯材，所述底板與上蓋之間通過側板連接構成一空心腔體，側板的高度與多孔金屬過濾元件的高度一致；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濾元件的過濾通道，芯材的長度為過濾通道空心段的長度，芯材的直徑與過濾通道的直徑一致，安裝在底板上的芯材與安裝在上蓋上的芯材相互錯位，相鄰兩根芯材外壁之間的間距為過濾通道的壁厚。本發明一種高溫環境使用的多孔金屬過濾元件的制備方法，芯材的材質選自木材、碳棒、石墨中的任意一種。
[0030]本發明所具有的優勢分析:
[0031]1、本發明材料的過濾面積增大。
[0032]本發明之所以具有大的過濾面積，通過下面的計算便可清楚知道。假設一塊正方形的平板過濾板邊長為lm，厚度為50_，那么它的直接過濾面積為lm2。如果本發明的一塊過濾板，其邊長、厚度與正方形平板相同，分別為Im與50mm，假設其中過濾通道的直徑為10mm，過濾通道的壁厚及封閉層厚度均為5mm，那么本發明材料中有2500個Φ 1mm的過濾通道，該材料的直接過濾面積為S可通過下式計算出來:
[0033]S = (2500 X Ji X 10 X 45) +106+1 ^ 4.53m2
[0034]相當于直接過濾面積擴大了 4.53倍。
[0035]2、本發明材料的使用壽命長，特別是在高溫下使用壽命長。這主要是因為:
[0036]①鐵鉻鋁材料的金屬特性，使其耐急冷急熱性能優秀，這是陶瓷材料難以具備的；抗高溫腐蝕性能優良，最高使用溫度可達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境下的晶粒長大，從根本上解決了鐵鉻鋁材料的高溫脆性問題；
[0038]3、本發明的材料在使用時壓降小，且可重復使用。這主要是因為:
[0039]①過濾通道的壁厚及封閉層厚度最低可控制在3mm，這樣，凈化氣體的運行路程短，為該材料的低壓降創造了條件。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，而本發明材料的金屬特質可保證大壓力下也不會壓碎該過濾元件；
[0040]②當通過反吹等操作，依然無法將