宝鸡奥龙科技研发**薄**厚粉末烧结多孔钛和不锈钢过滤元件

金属多孔材料

1.【定义】
金属多孔材料是一种具有渗透性好、孔径和孔隙可控、形状稳定的功能材料。
2.【分类】
粉末烧结多孔材料（左）、金属纤维烧结多孔材料（右）
泡沫镍（左）、多孔金属膜（右）
3.【粉末烧结金属多孔材料】
粉末烧结金属多孔材料是采用金属或合金粉末为原料，通过成形和高温烧结而成、具有刚性结构的多孔材料。
特点是内部含有大量连通或半连通的孔隙，孔隙结构由规则和不规则的粉末颗粒堆垛而成，孔隙的大小和分布以及孔隙度大小取决于粉末粒度组成和制备工艺。
常见的烧结金属粉末多孔材料的材质有青铜、不锈钢、铁、镍、钛、钨、钼以及难熔金属化合物。
3.1制备工艺
传统工艺为模压成型与烧结、等静压成形、松装烧结、粉末轧制、粉末增塑挤压、粉浆浇注等。
传统烧结粉末金属多孔材料制造工艺流程图
烧结粉末金属多孔材料的采用烧结条件
材料	烧结温度℃	烧结气氛
青铜	750-850	工业纯氢、分解氨等还原气氛
铁	1100~1200	工业纯氢、分解氨等还原气氛
镍	1200~1250	工业纯氢、分解氨等还原气氛
不锈钢	1200~1350	低露点氢气、真空
钛	1000~1350	真空（10-4~10-6Pa）、高纯氩等惰性气体
钨	1900~2300	氢气
钽	2000	真空（10-3~10-4Pa）

传统粉末成型方法对比
成形方法	优点	缺点	应用范围
模压	尺寸精度高 生产效率高 	孔隙分布不均匀        制品尺寸和形状受限制                                  	尺寸不大的筒状、片状等制品
等静压	孔隙分布均匀	尺寸公差大	适用于大尺寸管材及异形制品
挤压	能制取细而长的的管材、孔隙度沿长度方向均匀、生产率高	制品形状受限制，需加入较多的增塑剂，因而使烧结工艺复杂化	细而长的管、棒材及某些异形界面管材
轧制	能支取长而孔隙度高的带材及孔隙度小、精度高、性能均匀的箔材，生产效率高、可连续生产	制品形状简单，带材宽度受限制，粗粉末或球形粉末加工困难	各种厚度的带材多孔滤器
料浆浇注	能制取各种复杂形状的粉末或纤维制品	生产效率低	复杂形状制品、多层滤器
松装烧结	生产简单、可生产复杂形状零件	生产效率低	用球形粉末生产，复杂零件

新型制备技术为：离心沉积技术、注射成型技术、3D打印成形技术、激光快速成形技术、电子束快速成型技术。
离心沉积技术采用孔径较大的多孔金属管作为支撑体，先将金属粉末配成料浆，然后将料浆放入支撑管中一起进行高速旋转，料浆中的粉末颗粒在离心力的作用下，由于不同大小的颗粒沉积速度不同，从而实现粉体颗粒分级沉积在支撑管内壁，产生梯度的膜层结构，最后进行干燥、烧结等处理，便得到多孔膜管。离心沉积技术适合于制备粉末钛或钛合金、不锈钢、镍及镍合金等微孔金属膜。如果用亚微米级和纳米级粒度的粉末，可以制备亚微米级和纳米级孔径的微孔金属膜。
金属粉末注射成型技术（Metal injection molding, MIM）首先将粉末与**黏结剂均匀混合，用注射成形机成形，然后将成形坯中的黏结剂脱离，最后烧结得到较终产品。MIM技术具有高精度、组织均匀、性能优异、生产成本低等特点，能够制造青铜、不锈钢、钛、镍及其合金等材质的多孔材料。
3D打印成形技术是先设计好金属多孔材料的形貌轮廓，并将该三维轮廓分解成若干层，然后喷头在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，在铺好的一层粉末材料上，有选择性地喷射黏结剂，使部分粉末黏结，形成截面层。一层完好后，工作台下降一个层厚，铺粉，喷黏结剂，再进行后一层的黏结，如此循环形成多孔的三维产品。黏结得到的多孔三维制品置于加热炉中，进一步固化或烧结，以提高黏结强度，较终得到具有宏观孔隙特征的多孔材料。
选区激光烧结技术（selective laser sintering, SLS）制备金属多孔材料首先也需要建立材料的三维数值模型，然后将模型分解成一系列二维层片结构。不同的是，SLS技术是由计算机控制激光束移动，在逐层烧结的细粉上构建三维的多孔金属实体。工作时，先在工作台上铺上一层粉末材料，激光束在计算机的控制下，按照截面轮廓的信息，对制件的实心部分所在的粉末进行烧结。一层完成后，工作台下降一个层厚，再进行后一层的铺粉烧结。如此循环，较终形成具有宏观孔隙结构的三维产品。
电子束烧结技术与激光烧结技术类似，具有功率能量利用率高、对焦方便、可加工材料广泛、成形速率高、运行成本低等特点。
3.2性能及应用
烧结不锈钢多孔材料具有优异的耐腐蚀性、抗氧化性、耐磨性、力学性能（延性和冲击强度等）。烧结不锈钢多孔材料可用于消音、过滤与分离、流体分布、限流、毛细芯体等领域。
烧结钛及钛合金多孔材料不仅具有普通金属多孔材料的性能，还具有密度小、比强度高、耐蚀性好和良好地生物相容性等金属钛*具的优异性能，广泛应用于食品饮料、环保能源、精细化工、医用制药、电解制气等行业的精密过滤、布气、脱碳处理、电解制气，以及用于制作生物植入体。
烧结粉末镍基多孔材料具有耐蚀、耐磨、高温和低温的力学强度高、热膨胀、电导性和磁导性好等优点，可应用于高温精密过滤、充电电池的电极。其中蒙乃尔合金多孔材料可用于制作动力工厂中的无缝输水管、蒸汽管中的过滤元件，海水交换器和蒸发器的过滤器件，硫酸和盐酸环境过滤元件，原油蒸馏过滤器件，在海水中使用的过滤设备，核工业用于制造铀提炼和同位素分离的过滤设备，制造生产盐酸设备中的过滤元件，炼油厂烷基化装置氢氟酸系统低温区域的过滤元件。
烧结粉末铜合金多孔材料具有过滤精度高、透气性好、机械强度高等优点，广泛用于气动元件、化工、环保等行业中的压缩空气除油净化、原油除沙过滤、氮氢气过滤、纯氧过滤、气泡发生器、流化床气体分布等领域。
烧结粉末金属间化合物多孔材料中研究和应用较多的有TiAl、NiAl、Fe3Al和TiNi等，综合了多孔材料和金属间化合物的功能特性。Fe3Al多孔材料可应用于含尘气体在高温下直接净化除尘等领域，如能源（洁净燃烧联合循环发电工艺和增压流化床燃煤发电技术）、石化、冶金、电力、化工、玻璃工业及环境保护等。TiNi多孔材料具有特殊的准弹性和整体记忆效应使其非常适合用作人体骨骼植入材料。
常见烧结金属粉末多孔材料适用的腐蚀环境
材质	温度（空气）/℃	适用的腐蚀环境
不锈钢	<550	硝酸、96%硫酸、醋酸、硼酸、亚硝酸、草酸、碱、硫化氢、乙炔、蒸汽、海水、熔融钠液氨、液氦、液氢、磷酸、5%盐酸、空气、氢气
镍	<400	熔融钠、氢氧化钠、气态氟化氢、干燥氟化氢、空气、氢气
钛	<150	低浓度（3%以下）盐酸、低浓度（5%以下）硫酸、硝酸（发烟硝酸禁用）、氢氧化钠、海水、王水、金属氯化物溶液（铁、铜、汞、铬、镍、锰、钠、钙、镁、钡、锌）
镍铜合金	<400	碱性溶液、氢氧化钠、氟化氢、中性盐类、海水、干燥空气