【文章內(nèi)容簡介】 鐵產(chǎn)品 泡沫 FeCrAl 合金包漿法滲鉻鋁 實(shí)驗前期 電沉積液的配制電沉積液的組成：FeCl 24H2O 510 g/L，硼酸 30 g/L，NaCl 30 g/L，MnCl 2 25 g/L，抗氧化劑 g/L，十二烷基苯磺酸鈉 g/L，調(diào)整 pH 值為 ～，溫度為 30℃。一定要注意 pH 值的控制，因為這是下步影響電鍍的重要因素。 聚氨酯泡沫涂覆導(dǎo)電膠首先配制導(dǎo)電膠：取 10g 丙烯酸樹脂，10g 乙酸乙酯，7g 石墨依次放入在塑料杯中，進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁缓笤儆贸暡ㄇ逑雌髡鹗?10 min（超聲波震蕩時間不宜過長，否則導(dǎo)電膠中的溶劑成分會因為溫度升高而快速揮發(fā)） ，使導(dǎo)電顆粒有效地分散在導(dǎo)電膠中。將聚氨酯泡沫剪裁成尺寸 40mm50mm，再把清洗處理后的聚氨酯泡沫浸入導(dǎo)電膠中，用玻璃棒不斷擠壓聚氨酯泡沫，趕出孔隙中的空氣，使聚氨酯泡沫和導(dǎo)電膠充分接觸。隨后，將泡沫基體撈出，置于平板上，再用玻璃棒多次滾壓，擠出泡沫內(nèi)部多余的導(dǎo)電膠，防止孔隙堵塞。最后，將已浸涂導(dǎo)電膠的聚氨酯泡沫置于恒溫干燥箱中，于 60℃固化保存。在此過程后，剪裁好的泡沫體積會變大 [27]。這可能是由于導(dǎo)電膠凝固后使泡沫擴(kuò)張造成的 [28]。 電沉積液的補(bǔ)充液的配制補(bǔ)充液的組成：鹽酸 100 mL,抗氧化劑 2g，硼酸 2g，蒸餾水 200mL 。主要用于電鍍進(jìn)行時調(diào)整電沉積液的 pH。 電沉積鐵采用 JWY3010 DC 型直流穩(wěn)壓電源，將已導(dǎo)電化處理的泡沫基體用銅片夾持固定后做陰極進(jìn)行電沉積。電沉積泡沫鐵的裝置如圖 所示。電沉積過程中注意控制鍍液的 pH 值和補(bǔ)充蒸餾水，并確保導(dǎo)電聚氨酯泡沫與陽極表面平行放置。陽極采用自制純鐵電極，使用之前需用鹽酸洗去表面氧化層。電壓 恒壓30min 后，恒流 3 A/dm2,電鍍 24h。對于恒壓電沉積階段，起始表觀初始電流密度控制在 4～6 A/dm2 較好，鍍液的 PH 值維持在 2～3 之間，容易實(shí)現(xiàn)泡沫鐵的快速電沉積，并且電流效率高、質(zhì)量分布均勻，其中表觀電流密度系將泡沫電極看做整體計算單位表面積上通過的電流。 與一般以實(shí)心良導(dǎo)體材質(zhì)作陰極的電沉積過程中不同，經(jīng)導(dǎo)電化處理后的泡沫基體一方面電阻率仍然較大，在電沉積的初始階段存在一個石墨層被鐵鍍層逐漸覆蓋的過程；另一方面，泡沫基體的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也使電沉積方式區(qū)別于常見的恒電流法，所以在電沉積初期的恒壓階段，表觀電流密度隨時間變化會發(fā)生變化。圖 電沉積泡沫鐵裝置圖 聚氨酯泡沫基體熱分解及泡沫鐵的 H2 還原和熱處理過程將電鍍好的泡沫鐵放置于馬弗爐中 800℃焙燒 10～15min，以除去內(nèi)部的聚氨酯材料。經(jīng)箱式電阻爐高溫處理后的泡沫鐵在丙酮/無水乙醇 (體積比 1∶1)混合溶液中超聲波震蕩除去脈絡(luò)中的殘余石墨，再置于管式電阻爐內(nèi)于 500 ℃～800 ℃下通 H2 還原和熱處理，即得泡沫鐵產(chǎn)品。泡沫鐵在管式電阻爐中通 H2 還原和熱處理過程的實(shí)驗裝置如圖 所示。圖 泡沫鐵通 H2 還原和熱處理實(shí)驗裝置圖在通 H2 還原之前，須先通 N2 將石英管中的空氣趕出。在本實(shí)驗中，通 30 min流量為 20L/h 的 N2。30min 后溫度升至 500 ℃，此時關(guān)閉 N2 的氣體流量計閥門，放開 H2 的氣體流量計閥門，H 2 的流量為 20L/h。降溫至 200 ℃時，將 H2 轉(zhuǎn)換為N2，再通 30 min N2 趕出爐中反應(yīng)尾氣后停止通氣，將石英管打開，將其中的泡沫鐵試樣取出。 粉末包埋法滲鉻鋁首先根據(jù)鋁元素和鉻元素的摩爾比不同配制 30g 滲鋁鉻粉末，原料分別是氧化鋁，鋁粉，六水合氯化亞鉻，氯化銨。然后置于陶瓷研缽中研磨 10min，使得粉末混合均勻，沒有顆粒。先將 15 g 上述滲鉻鋁劑平鋪在內(nèi)徑為 45 mm 的無縫不銹鋼管的底層，放入泡沫鐵，再加入 15 g 滲鋁劑，輕輕夯實(shí)，使泡沫鐵被滲鋁劑完全覆蓋并與之充分接觸。隨后，在不銹鋼管內(nèi)放入 2 片直徑為 45 mm 的圓形不銹鋼片蓋在滲鋁劑上方，再將不銹鋼管的剩余空間用耐火泥封好。最后，將不銹鋼管置于馬弗爐中。粉末包埋法滲鉻鋁的試驗裝置如圖 所示。 粉末包埋法滲鉻鋁的裝置圖 性能測試 測量抗壓強(qiáng)度 挑選不同工藝參數(shù)的泡沫鐵鉻鋁合金進(jìn)行抗壓參數(shù)的測定。共做了 3 組試樣，分別是在 700℃下 Cr：Al=3:1 進(jìn)行滲鉻鋁后，燒結(jié)溫度分別為 1h，2h，4h，8h；在700℃下燒結(jié)溫度為 2h，Cr：Al 分別為 3:1,2:1,1:2，鐵鋁合金（鋁的含量與Cr：Al=3:1 中的鋁的含量相同）在 7000C 燒結(jié) 1h。在測試前需使用打磨機(jī)將泡沫金屬的各面打磨均勻，以便能使用游標(biāo)卡尺算出其尺寸。后使用微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行抗壓性能測試。繪出應(yīng)力應(yīng)變曲線。 XRD 測試 選用 2 組試樣進(jìn)行 XRD 測試，樣品是在 800℃下,配比 Cr：Al=3:1 進(jìn)行滲鉻鋁后，燒結(jié)保溫溫度分別為 2h，4h，8h；在 800℃下燒結(jié)保溫溫度為 2h，Cr：Al 分別為 3:1,2:1,2:1， 。 樣品的物相變化利用 X 射線衍射儀（美國熱電公司，型號ThermoARL X’tra）來表征，操作條件為 35kV 和 20mA。測試的試樣破碎后在瑪瑙研缽中磨細(xì)。 觀察金相 選用 3 組試樣進(jìn)行金相顯微鏡觀察金相，分別是 800℃下，Cr:Al=2:1 進(jìn)行滲鉻鋁保溫 1h；在 800℃下，Cr:Al=2:1 滲鉻鋁保溫 2h 后，在 800℃下，Cr:Al=2:1 滲鉻鋁保溫 4h。用環(huán)氧樹脂對試樣進(jìn)行封膠處理，在室溫下放置 3 天固化后磨金相。在放大 400X 條件下觀察。 SEM 測試和能譜 選用 4 組試樣進(jìn)行掃描電鏡并且選擇試樣的適當(dāng)部位進(jìn)行能譜掃描，分別是800℃ 下，Cr：Al=1:2 進(jìn)行滲鉻鋁保溫 1h； Cr:Al=3:1 滲鉻鋁保溫 8h， Cr：Al=1:2 下滲鉻鋁保溫 8h。在 8000C 滲 Al 保溫 1h。將試樣剖開觀察截面，另一面磨平，穩(wěn)定的粘在載物臺上進(jìn)行測試，測試電壓為 。 第三章 結(jié)果與討論 包埋法制備泡沫鐵鉻鋁合金的實(shí)驗過程數(shù)據(jù)實(shí)驗主要是在聚氨酯泡沫上電鍍鐵，得到多孔鐵基材料的基礎(chǔ)上，通過包埋法，向泡沫鐵基材料中滲入鉻鋁，以形成三元合金的多孔材料，主要控制其包裹漿料中的鉻鋁的配比和燒結(jié)保溫的時間，得到的樣品都是爐冷的條件。表 是泡沫鐵在不同的實(shí)驗條件下，用粉末包埋法進(jìn)行滲鉻鋁的實(shí)驗過程數(shù)據(jù)（爐冷） 。表 實(shí)驗過程數(shù)據(jù) 泡沫鐵鉻鋁合金宏觀形貌及顯微組織 泡沫鐵鉻鋁合金宏觀形貌 圖 是制備鐵鉻鋁合金流程中試樣形貌圖。(圖 ）顯示了未經(jīng)任何處理的聚氨酯泡沫原料的形貌，具有規(guī)整的孔結(jié)構(gòu)。涂覆導(dǎo)電膠后的聚氨酯泡沫，并經(jīng)過組別 電沉積鐵時間（h）Al：Cr（摩爾比）滲鋁鉻保溫時間（h）1 24 2:1 12 24 2:1 23 24 2:1 44 24 2:1 85 24 1:2 16 24 1:2 27 24 1:2 48 24 1:2 89 24 1:3 11011122424 241:31:31:3248碾壓后，其孔徑尺寸有所擴(kuò)大，支架材料變厚（圖 ） 。經(jīng)過電沉積后，在多孔基體材料均勻的出現(xiàn)了較厚的金屬層（圖 ） ，為電鍍的鐵。為去除高分子材料基體，將電鍍后的多孔鐵高溫?zé)Y(jié)，由于是在空氣中加熱，其表面有明顯的氧化層（圖） 。 將前期試樣高溫通氫氣還原，將氧化鐵還原成鐵形成所需的泡沫鐵，試樣表層孔徑變大（圖 ） 。圖 是滲鉻鋁后的泡沫鐵鉻鋁合金，可以看出，最終試驗繼承了高分子基體的形貌，但試樣的孔徑變小，支架變厚。圖 制備鐵鉻鋁合金流程中試樣的形貌圖：（a）未經(jīng)任何處理的聚氨酯泡沫原料， （b）涂覆導(dǎo)電膠后的聚氨酯泡沫（ c）電沉積后多孔鐵，(d) 圖是高溫?zé)Y(jié)除去內(nèi)部泡沫后的泡沫鐵。（e）氫氣還原后的泡沫鐵。 （f ）圖是滲鉻鋁后的泡沫鐵鉻鋁合金 泡沫鐵鉻鋁合金微觀組織 圖 是燒結(jié)溫度為 800℃的試樣剖面結(jié)構(gòu)在掃描電鏡下的微觀形貌圖（掃描電壓為 ） 。圖 中平整的部分主要的成分是金屬鐵。在金屬鐵中，在不同的工藝條件下處理，會滲入不同量的金屬鉻和金屬鋁而形成三元合金材料。在平整部分周圍是鉻鋁漿料經(jīng)過燒結(jié)形成金屬層覆蓋在鐵基的表面，形貌凹凸不平，成松散狀。在平整部分中間有孔洞，這是聚氨酯泡沫被通過高溫?zé)艉罅粝碌目锥础Ｓ羞@樣的形貌和孔洞會比較好，作為催化或過濾的基體材料可以很好的使催化劑或吸附劑附著在基體上。圖 是燒結(jié)溫度為 800℃的 試樣剖面結(jié)構(gòu)在掃描電鏡下的微觀形貌圖。 （a）滲 Cr:Al=1:2保溫 1h（50 倍） 。 （b）滲 Cr:Al=1:2 保溫 8h（100 倍） 。 （ c）滲 Cr:Al=2:1 保溫 8h（ 倍） 。（d）滲 Cr:Al=3:1 保溫 8h（ 倍） 工藝因素對泡沫鐵鉻鋁物相的影響 工藝因素對泡沫鐵鉻鋁合金金相的影響圖 是 800℃下 Cr:Al=2:1 的鐵鉻鋁合金金相圖: （a ）燒結(jié)時保溫 1h 的金相；(b）燒結(jié)時保溫 2h 的金相；（c）燒結(jié)時保溫 4h 的金相。由圖 中的（a ）和（c ）可以看到，中心黑色部分為原來導(dǎo)電化處理過的聚bac d氨酯燒結(jié)后殘余的石墨和鍍上去的鐵混合物相，截面的光亮部分為合金，截面的暗的部分是滲鉻鋁層，呈不連續(xù)的疏松絮狀，散布在泡沫基體脈絡(luò)的周圍，故此邊緣部分鉻鋁含量比較高。由圖 （a） 、 （b）和（c）可以觀察到合金的金相組織，比較（ a） 、 （b）和（c）中晶粒的大小可以發(fā)現(xiàn)，燒結(jié) 1h 得到的金相組織（a ）圖中晶粒最粗大。2h和 4h 得到的金相組織（b） （c）圖中晶粒比較細(xì)小。圖 　800℃下 Cr:Al=2:1 的鐵鉻鋁合金放大 400 倍的金相圖 : （a）燒結(jié)時保溫 1h 的金相；(b）燒結(jié)時保溫 2h 的金相；（c）燒結(jié)時保溫 4h 的金相 工藝因素對泡沫鐵鉻鋁合金 XRD 圖的影響圖 　在燒結(jié)溫度為 800℃下，Cr:Al=1:2，燒結(jié)保溫時間不同的鐵鉻鋁合金的XRD 圖；（a ）保溫 2h；（b）保溫 4h；（c）保溫 8h。 （d） （e）圖是在 800℃下，燒結(jié)保溫時間為 2h，鉻鋁配比不同的鐵鉻鋁合金的 XRD 圖；（d）Cr：Al=2:1；（ e）Cr:Al=3:1。從圖 （a）中可以看到①為主衍射峰，其衍射峰最尖銳，主要成分是鐵，說明其晶粒較為粗大。②看出樣品中有三元合金的形成，但是衍射峰不明顯，說明其晶粒較小。③④說明了樣品中有鐵鋁的金屬間化合物的形成，晶粒也較小。⑤說明了氧化鋁的存在，因為在包漿液中也加入了氧化鋁，所以氧化鋁很可能是原有的藥品，但是不排除會被氧化。從圖 （b）中可以看到主衍射峰的成分依然是鐵，各成分與燒結(jié)保溫 2h 的成分幾乎沒有差異，但是形成三元合金的方式卻不相同，圖 （a）中的三元合金是各個元素按照一定比例形成的，但是在圖 （b）中的三元合金是鐵鋁之間先形成a b c金屬間的化合物，再與鉻元素結(jié)合形成三元合金。 從圖 （c）中可以看到主衍射峰的成分和之前大不相同，有原來的鐵變成了鐵鋁金屬間化合物和鐵鉻的金屬間化合物。除了形成的三元合金和鐵鋁金屬間化合物之外，又有了鐵鉻間金屬化合物的