本發明涉及包括金屬纖維的燒結金屬物體領域。在許多不同的應用中使用這樣的產品作為過濾介質，例如在過濾器中。
背景技術：
燒結不銹鋼纖維無紡網已知用諸如aisi304和aisi316等(都是奧氏體鋼等級)的若干不銹鋼合金制成。在許多應用中使用燒結不銹鋼纖維無紡網，例如作為過濾介質。在wo2013/124142a1中提供了包括燒結不銹鋼纖維的過濾介質的示例。
除不銹鋼之外的一系列其他金屬也可以加工成包括金屬纖維的燒結金屬物體。在wo2003/059556a1中提到了包括燒結鈦纖維或燒結鎳纖維的示例性產品，用于作為電解器中的氣體擴散層使用。
雖然已描述了焊接金屬纖維網中的金屬纖維的方式(例如，在wo2004/039580a1中)，但是金屬纖維網的燒結是用于使金屬纖維在網中的纖維接觸點處結合的優選方式，因為它允許用經濟的方式且以高一致性生產出大面積的燒結產品。
將金屬纖維彼此焊接需要將纖維至少在其接觸點處施加加熱至高于熔化溫度的溫度并隨后冷卻以使液化的纖維或纖維區域固化。在燒結中，在某一時間段期間施加溫度和壓力。纖維被充分地保持低于熔化溫度并且通過接觸的纖維之間的原子擴散創建結合。焊接纖維或燒結纖維不會在纖維之間創建相同的結合；所使用的結合的方式可以區分開。
jp2014014830a提供了一種用于具有低氮含量的雙相不銹鋼的焊接方法。該方法通過改進焊接金屬結構來防止焊接龜裂和抗腐蝕性上的降低。在該焊接方法中，在基材與焊接材料(焊接耗材)之間施加電壓以在其間產生電弧，該電弧創建了焊接材料(焊接耗材)的熔化。焊接耗材是具有芯和覆蓋金屬芯的覆蓋劑的金屬線。
技術實現要素：
本發明的第一目的是提供一種包括金屬纖維的燒結金屬物體，其例如在含有氯化物的環境中具有優異的抗腐蝕性質。本發明的進一步的目的是提供一種生產這樣的燒結金屬物體的方法。
本發明的第一方面是一種燒結金屬物體，包括以無紡網布置的金屬纖維。金屬纖維包括具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維。雙相微觀結構是奧氏體和鐵素體的混合微觀結構。不銹鋼纖維在其接觸點的至少一部分處借助于燒結結合而結合。
雙相不銹鋼等級(被定義為具有奧氏體和鐵素體混合微觀結構的不銹鋼等級)是已知的，并且被描述為與奧氏體不銹鋼相比具有提高了對局部腐蝕(特別是點蝕)、縫隙腐蝕和應力腐蝕龜裂的抵抗性。它們典型地以與奧氏體不銹鋼相比高鉻(以重量計19％至32％)和鉬(以重量計高達5％)及較低鎳含量為特征。
雙相不銹鋼等級基于其合金含量(以重量百分比表達)和抗腐蝕性被表征為組。超級雙相根據定義是抗點蝕當量數pren＞40的雙相不銹鋼等級，其中pren＝％cr+3.3×(％mo+0.5×％w)+16×％n(所有的百分比都是重量百分比)。通常超級雙相等級具有以重量計20％或更多的鉻。一些示例是s32760(zeron100)、s32750(2507)和s32550(ferralium)。
雖然一方面燒結金屬物體已知包括奧氏體不銹鋼纖維網，其中奧氏體不銹鋼纖維在接觸點處被燒結；并且另一方面雙相不銹鋼可以加工成纖維；但是，首先似乎不可能生產出燒結金屬物體，該燒結金屬物體包括具有奧氏體和鐵素體的雙相微觀結構的燒結不銹鋼纖維。當試圖生產這樣的燒結物體時，發現纖維的雙相微觀結構及其所得到的特定的有益性質在燒結過程中失去了。結果是，為了維持雙相結構和所得到的有益性質(例如，優異的抗腐蝕性)，似乎需要特定的燒結參數。通過發明特定的燒結參數(如本發明的第二方面中指定的)可以制作出本發明的第一方面的燒結金屬物體。
用于在本發明中使用的雙相和超級雙相不銹鋼等級的示例是例如雙相1.4462和超級雙相1.4410(都是根據en10088:2005)。
優選地，以無紡網布置的所有不銹鋼纖維都具有雙相微觀結構；其中雙相微觀結構是奧氏體和鐵素體的混合微觀結構。
優選地，燒結金屬物體中的所有不銹鋼纖維都具有雙相微觀結構；其中雙相微觀結構是奧氏體和鐵素體的混合微觀結構。
在優選實施例中，燒結金屬物體是由具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維構成的金屬纖維網。
優選地，燒結金屬物體由以無紡網布置的金屬纖維構成。
優選地，金屬纖維由具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維構成。
在優選實施例中，燒結金屬物體是多孔物體。
在優選實施例中，在具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維中不存在西格瑪相。如本技術領域已知的，西格瑪相是四邊形結構的脆弱的非磁性相，一般導致不銹鋼產品的抗腐蝕性的劣化。
在優選實施例中，具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維具有以體積百分比在30％與70％之間、更優選地以體積百分比在40％與60％之間的奧氏體。如本領域已知的，奧氏體和鐵素體百分比可以借助于金相檢查、x射線衍射(xrd)或磁性測量來確定。
在優選實施例中，具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維是超級雙相不銹鋼纖維。
在優選實施例中，在不銹鋼纖維的雙相微觀結構中的奧氏體晶粒的平均粒徑小于不銹鋼纖維的當量纖維直徑的一半。不銹鋼纖維的當量直徑是如下圓形圓的直徑，該圓形圓具有的表面積與可能具有偏離圓的橫截面的不銹鋼纖維的橫截面相同。這樣的小粒徑是優選的，因為獲得了具有更加有利的抗腐蝕性和力學性質的不銹鋼纖維網。奧氏體晶粒的粒徑可以根據astm-e112-13(2013的)來確定。
在優選實施例中，具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維在其體積上具有基本均勻重量百分比的鉻和鉬；并且優選地還有鎳，如果存在的話。這樣的實施例的益處是獲得了燒結金屬物體的更好的抗腐蝕性。
在優選實施例中，具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維包括以體積百分比計小于0.3％的氮。
在優選實施例中，具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維基本沒有氮化物。氮化物的這種不存在是優選的，因為它提供了更好的抗腐蝕性。
優選地，具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維是束拉延纖維(bundledrawnfiber)；或者是經過機加工的纖維；或者是具有四角形橫截面的纖維(例如，從卷繞的板材或板上刮下的纖維)；或者是單端拉延纖維；或者是從熔體擠出或提取的纖維。
優選地，具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維具有在1.5μm與100μm之間、更優選地在8μm與75μm之間、例如小于20μm的當量直徑。
在優選實施例中，燒結金屬物體包括以無紡網布置的多于一個層的金屬纖維。多于一個層的金屬纖維中的至少兩個層包括具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維；其中雙相微觀結構是奧氏體和鐵素體的混合微觀結構；并且其中不銹鋼纖維在其接觸點的至少一部分處借助于燒結結合而結合。至少兩個層中的第一個層的具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維的平均當量直徑不同于至少兩個層中的第二個層的具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維的平均當量直徑。關于第一個層和第二個層意味著彼此不同的層。在優選的這種實施例中，一個或多個金屬網格設置在金屬物體中、例如在金屬纖維的層之間。
在優選實施例中，一個或多個金屬網格憑借燒結結合而設置在至少兩個層的第一層和第二個層之間。
優選地，網格或多個網格由具有雙相的超級雙相鋼制成。可以使用的網格的示例是金屬線編織網格或網形金屬板材(expandedmetalsheet)。
如本發明的第一方面的任何實施例中的金屬物體包括被燒結成燒結金屬物體的一個或多個金屬網格。一個或多個金屬網格可以例如是金屬線編織網格或網形金屬板材。優選地，金屬網格或多個網格由具有雙相微觀結構的不銹鋼合金制成。優選地，金屬網格或多個網格由與具有雙相微觀結構的不銹鋼纖維相同的合金制成。網格或多個網格可以設置在無紡網層之間；或者在燒結金屬物體的頂部和/或底部。
本發明的第二方面是一種制造如本發明的第一方面的燒結金屬物體的方法。方法包括如下步驟：
-制作未燒結的金屬物體，金屬物體包括無紡網或由無紡網構成，無紡網包括雙相不銹鋼纖維或由雙相不銹鋼纖維構成。優選地，無紡網中的不銹鋼纖維具有均質的化學組成。關于雙相不銹鋼纖維意味著由雙相不銹鋼等級制成的不銹鋼纖維。雙相不銹鋼纖維可以優選地由超級雙相鋼等級制成。
-將金屬物體在燒結爐中在包括氮氣(n2)的燒結氣氛中以1000℃與1300℃之間的燒結溫度進行燒結。優選地燒結溫度保持在1000℃與1200℃之間，更優選地燒結溫度保持低于1150℃。燒結氣氛的氮氣局部壓力在10mbar與100mbar之間，優選地大于30mbar，更優選地大于50mbar；并且優選地小于70mbar，更優選地小于50mbar。-在燒結之后使燒結金屬物體在燒結爐中冷卻，
其中在小于1.5小時內、優選地在小于1小時內、更優選地在小于45分鐘內完成在950℃與650℃之間的溫度范圍內的冷卻。
在實施例中，未燒結的金屬物體包括以無紡網布置的多于一個層的金屬纖維。多于一個層的金屬纖維中的至少兩個層包括不銹鋼纖維，該不銹鋼纖維包括雙相不銹鋼纖維或由雙相不銹鋼纖維構成。第一層的雙相不銹鋼纖維的平均當量直徑不同于第二層的雙相不銹鋼纖維的平均當量直徑。關于第一和第二層意味著彼此不同的層。在優選的這種實施例中，一個或多個金屬網格設置在金屬物體中、例如在金屬纖維的層之間，和/或在金屬物體的頂部和/或底部。
優選地，燒結溫度保持低于1200℃。
優選地，當不銹鋼纖維具有小于20μm的當量直徑時；燒結氣氛的氮氣局部壓力優選地大于45mbar。
用于在本發明中使用的雙相和超級雙相不銹鋼等級的示例是雙相1.4462和超級雙相1.4410(例如都是根據en10088:2005)。
不銹鋼纖維具有特定尺寸；它們在當量直徑比率上將小橫截面與大長度組合。當燒結雙相纖維時，考慮特定尺寸。
優選地，在整個燒結循環期間維持氮氣壓力。認為這避免了燒結不銹鋼纖維在高溫下以均質的鐵素體狀態結束。認為它避免了晶粒粗化，并且注意到纖維可以保持其雙相微觀結構。
在優選方法中，在小于1.5小時、優選地小于1小時、更優選地小于45分鐘的時間段內執行從燒結溫度下降到650℃的冷卻。
優選地，在包括氮氣氣體的氣氛中執行從燒結溫度下降到650℃的冷卻，更優選地其中氮氣局部壓力在10mbar至100mbar之間，更優選地大于30mbar，更優選地大于50mbar；并且優選地小于70mbar，更優選地小于50mbar。
在優選方法中，燒結氣氛不含有氫氣(h2)。關于“不含有氫氣”意味著不包括超過痕量的氫氣(h2氣體)。
優選地，燒結氣氛不包括氫化物。
優選地，金屬物體的從燒結溫度的冷卻至少一部分通過至少部分地在燒結爐中引入氮氣氣體來實現。
本發明的第三方面是一種過濾膜，其包括如本發明的第一方面的任何實施例中的燒結金屬物體。這樣的過濾膜具有優秀的抗腐蝕性的益處，尤其是在含氯化物的環境中。在優選實施例中，過濾膜由如本發明的第一方面的任何實施例中的燒結金屬物體構成。
本發明的第四方面是一種包括如本發明的第三方面中的過濾膜的過濾器。
具體實施方式
作為示例，用超級雙相不銹鋼1.4410(根據en10088:2005)制作出金屬纖維網。制作出兩個不同的無紡網。第一網用當量直徑12μm的超級雙相1.4410纖維制成；并且第二網用當量直徑22μm的超級雙相1.4410纖維制成。超級雙相纖維是通過對錠機加工制成的，如wo2014/048738a1中所述。對每種類型纖維，使用濕式織網技術制作出重量300g/m2的無紡網。
第一無紡網(當量直徑12μm的纖維)和第二無紡網(當量直徑22μm的纖維)分別在真空中在燒結爐內進行加熱達到1150℃。在溫度的增加期間，已集合了中斷和用惰性氣體、例如氮氣(n2)的沖洗，不過也可以使用氬氣。在30mbar的氮氣(n2)局部壓力(這也是總壓力)下、在75分鐘期間以1150℃將網進行了燒結。在45分鐘內執行了從燒結溫度1150℃下降到650℃的冷卻。該冷卻是在30mbar的氮氣局部壓力下執行的。使網進一步冷卻至室溫。
使用由等效于等級2205的雙相不銹鋼合金1.4462(根據en10088:2005)制成的束拉延纖維制作出其他示例性試樣。由這些纖維制成的網在1100℃下另外地以與第一和第二網示例類似的工藝參數進行了燒結。
制成的所有試樣顯示，在燒結網的纖維中存在奧氏體與鐵素體的混合微觀結構。兩相(奧氏體和鐵素體)以大約相等的體積百分比存在。也不憑借xrd(x射線衍射)，也不憑借金相分析，可以在燒結網的不銹鋼纖維中檢測到西格瑪相。燒結網中的不銹鋼纖維基本沒有氮化物。網中的纖維中的奧氏體晶粒的平均粒徑顯示小于纖維的當量纖維直徑的一半。燒結網顯示當在含有氯離子的環境中測試時具有優異的抗腐蝕性。
也可以將由超級雙相1.4410制成的12μm當量直徑纖維制作出的300g/m2無紡網和由超級雙相1.4410制成的22μm纖維制作出的兩個300g/m2網堆疊到一起進行燒結，由此生產出層狀燒結金屬纖維網。例如也可以將由超級雙相1.4410制成的不銹鋼線網格放置在不同平均當量直徑的無紡網之間；并且進行燒結使得無紡網和網格被燒結成包括雙相微觀結構的12μm當量直徑和22μm當量直徑不銹鋼纖維的一個燒結金屬物體。這樣的產品可以用作過濾器中的過濾膜。