ni-cr-al多孔材料的制备及其抗高温氧化性能研究

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1、学校代码10530学号201510161680分类号TG146密级公开硕士学位论文Ni-Cr-Al多孔材料的制备及其抗高温氧化性能研究学位申请人徐阳指导教师肖逸锋教授副指导教师吴靓副教授学院名称机械工程学院学科专业材料科学与工程研究方向高性能金属材料制备与加工二〇一八年六月TheFabricationandOxidationResistanceofThePorousNi-Cr-AlMaterialsCandidateYANGXuSupervisorProf.XIAOYifengSecondaryA.P.WULiangCollegeScho

2、olofMechanicalEngineeringProgramMaterialsScienceandEngineeringSpecializationPreparationandprocessingofHighPerformanceMetallicMaterialsDegreeMasterofAcademicUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018湘潭大学硕士学位论文摘要随着工业技术的发展和环境保护要求的不断提高，高温气体除尘技术的发展受到越来越多人的重视，很多国家都先后对高温气体除尘过滤关键材

3、料实施了大量的研究。多孔陶瓷和多孔FeAl合金虽然具有良好的抗高温腐蚀性能，但由于其后续加工的困难和严重的脆性限制了它们在高温气体除尘领域的进一步发展。近年来，Ni–Cr–Al多孔材料由于其良好的耐高温腐蚀性能及优异的焊接性和力学性能，引起了研究者们的广泛关注。本文以Ni、Cr、Al元素粉末为原料，利用粉末冶金模压成型和无压反应烧结制备Ni–Cr–Al多孔材料，并研究其反应合成过程中孔隙形成机理以及在800℃和1000℃下的高温抗氧化性能。研究工作主要取得如下结果：研究结果表明，当最终烧结温度为1200-1250℃时，试件成型效果最佳；当

4、Al的质量分数为9%时，试件抗高温氧化能力最为优异。通过表征Ni–16Cr–9Al多孔材料在反应合成过程中试件的膨胀率、孔结构及物相组成的变化，从而研究其造孔机理。研究结果表明：随着温度的升高，Ni–16Cr–9Al多孔材料的开孔隙率和径向膨胀率先升高后缓慢下降；当烧结温度低于920℃，Al在Ni中的扩散系数远远大于Cr在Ni中的扩散系数，所以压坯中主要以Ni–Al扩散偶为主；当烧结温度高于920℃，Al已经完全扩散进Ni，同时Cr的扩散系数有了显著的提高，Cr单质开始向Ni或NiAl扩散，所以压坯中主要以Cr的扩散为主；造孔机理是压制后

5、粉末间隙孔、固相扩散造孔和相变造孔。通过恒温氧化和不连续称重法研究了Ni–16Cr–9Al多孔材料在800℃和1000℃下的氧化机理和氧化行为。采用SEM、XRD及孔径测试仪表征氧化前后材料表面形貌及物相的变化。研究结果表明：开孔隙度和渗透率均随氧化时间的延长而减小，且随着温度的升高，其减小程度变大；当氧化温度为800℃时，多2孔Ni–16Cr–9Al材料的氧化速率为0.012%/h，氧化产物主要为Al2O3、Cr2O3；2当氧化温度为1000℃时，多孔Ni–16Cr–9Al材料的氧化速率为0.415%/h，氧化产物主要为Al2O3、Cr

6、2O3和Ni（Cr、Al）2O4；多孔Ni–16Cr–9Al材料在800℃下氧化420h和在1000℃下氧化390h的氧化增重均符合抛物线动力学规律，且孔结构变化很小，表面依然存在丰富的孔隙；Ni–16Cr–9Al的氧化产物紧密附着于基体，从而阻止了氧化的进一步发生，呈现出优异的抗高温氧化性能。综合分析实验结果可以得出，利用元素粉末烧结的Ni–16Cr–9Al多孔材料不仅孔隙丰富，且具有优异高温稳定性。同时，制备方法具有简单可控，成本低廉1湘潭大学硕士学位论文等特点，对开发多孔合金以及工业化应用具有重要意义。经1200℃烧结后的Ni–16

7、Cr–9Al多孔材料开孔隙度为35.02%，最大孔径为9.82μm，透气度为296.093-2-1-1mmhKpa。关键词：Ni–Cr–Al多孔材料；反应合成；孔结构；造孔机理；高温抗氧化性能2湘潭大学硕士学位论文AbstractThedevelopmentofhotgasfiltrationandcleaningtechnologiesarewidelyconcernedasmodernindustrygrowingandenvironmentaladvantages.Andnumberofcountriesareresearching

8、anddevelopinghotgasfiltrationandcleaningtechnologiesandkeymaterials.AlthoughporousceramicandFeAl