Special features of the phase formation during sintering of high porous cellular materials of the Fe-Cr-Al system

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The highly permeable cellular material (HPCM) based on chromal is promising as a carrier of deep methane oxidation catalysts. Using HPCM as a base material of heat-resistant Fe-Cr-Al alloys allows to apply such catalysts at temperatures up to 900 °C in the air and in the combustion gas atmosphere. HPCM-chromal is the basis for flameless combustion of methane catalysts for environmental friendly heat generators. HPCM based on Fe-Cr-Al is used as the heat and power unit the catalytic reactor-steam generator, allowing performing deep flameless oxidation of the fuel in the reactor at temperatures below 1000 °C, which virtually eliminates the formation of oxides of nitrogen NOx and CO. HPCM based on Fe-Cr-Al is obtained by powder metallurgy by replicating the spatial structure of polymeric cellular material. The materials are prepared from the slurry based on the mixture of carbonyl iron powder and master alloy (wt.%) 20% Fe-60% Cr-20% Al with the addition of 1.5% Co fine powder. Technique involves ligature milling, powders mixing, preparation and application to polymer backbone slurry, preliminary annealing in hydrogen, with a step by heating to 700°C for decomposition and removal of the polymer and the final sintering in vacuum at 1270° C. The results of X-ray study highly porous cellular material of Fe-Cr-Al are showed. The data on the phase composition, the lattice parameters and the fine structure of the starting powder and the charge is showed. Material is investigated after intermediate annealing at 700 °C and after sintering at 1270 °C. After intermediate annealing at 700 ° material consists of 3 bcc phases with differing parameters. After the final sintering material consists of a bcc phase and impurities of chromium carbide Cr7C3.

About the authors

V. G Gilev

Perm National Research Polytechnic University

Email: Xray@pm.pstu.ac.ru
29, Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation

I. N Baryshnikov

Perm National Research Polytechnic University

Email: ivanbin@mail.ru
29, Komsomolsky prospekt, Perm, 614990, Russian Federation

References

  1. Высокопористые проницаемые ячеистые материалы для экологически безопасных теплогенераторов / В.Н. Анциферов, В.Д. Храмцов, А.И. Поливода, Э.П. Волков, Г.А. Цой, А.П. Бевз // Перспективные материалы. - 2008. - № 6. - С. 5-10.
  2. Тепловыделяющие каталитические блоки беспламенного горения на основе жаростойкого сплава / В.Н. Анциферов, Г.А. Цой, А.П. Бевз, А.И. Поливода // Технология металлов. - 2010. - № 8. - С. 25-32.
  3. Tierney C., Harris A.T. Materials design and selection issues in ultra-lean porous burners // Journal of the Australian Ceramic Society. - 2009. - Vol. 45 (2). - P. 20-29.
  4. Sadykov V.A. Structured nanocomposite catalysts of biofuels transformation into syngas and hydrogen: design and performance // Second International Conference Catalysis for renewable sources: fuel, energy, chemicals CRS-2: abstracts, Lund, Sweden, 22-28 July 2013. - Novosibirsk, 2013. - P. 12-13.
  5. Catalytic partial oxidation of methane over nanosized Rh supported on Fecralloy foams / E. Verlato, S. Barison, S. Cimino, F. Dergal, L. Lisi, G. Mancino, M. Musiani, L. Vazquez-Gomez // International Journal of Hydrogen Energy. - 2014. - Vol. 39, iss. 22. - P. 11473-11485. - doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.05.076.
  6. Солнышков И.В., Порозова С.Е. Каталитическая активность высокопористого материала на основе сплава хромаль в реакции глубокого окисления метана // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6. - С. 105.
  7. Высокопористые ячеистые керамические материалы / В.Н. Анциферов, В.И. Овчинникова, С.Е. Порозова, И.В. Федорова // Стекло и керамика. - 1986. - № 9. - С. 19.
  8. A new PM Process for manufacturing of alloyed foams for high temperature applications / G. Walther, B. Klöden, B. Kieback, R. Poss, Y. Bienvenu, J.-D. Bartout // World PM2010 Proceedings. - Shrewsbury, UK, 2010. - Vol. 4. - P. 109-116.
  9. Open cell metal foams - application-oriented structure and material selection / P. Quadbeck, K. Kümmel, R. Hauser, G. Standke, J. Adler, G. Stephani // CELLMAT 2010. Proceedings of the International Conference on Cellular Materials, Dresden, Germany, 27-29 October 2010. - Dresden, 2010. - P. 279-288.
  10. Effect of trace amounts of carbon and nitrogen on the high temperature oxidation resistance of high purity FeCrAl alloys / D. Naumenko, J. Le-Coze, E. Wessel, W. Fischer, W.J. Quadakkers // Materials Transactions. - 2002. - Vol. 43, N 2. - P. 168-172.
  11. Engkvist J. Characterization of oxide scales formed on FeCrAl alloys at high temperatures: doctoral thesis. - Göteborg: Chalmers University of Technology, 2009. - 53 p. - ISBN 978-91-7385-310-1.
  12. High temperature oxidation of FeCrAl-alloys - influence of Al-concentration on oxide layer characteristics / J. Engkvist, U. Bexell, M. Grehk, M. Olsson // Materials and Corrosion. - 2009. - Vol. 60, iss 11. - P. 876-881. - doi: 10.1002/maco.200805186.
  13. Oxidation of FeCrAl alloys at 500-900 oC in dry O2 / H. Josefsson, F. Liu, J.-E. Svensson, M. Halvarsson, L.-G. Johansson // Materials and Corrosion. - 2005. - Vol. 56, iss. 1. - P. 801-805. - doi: 10.1002/maco.200503882.
  14. Fireside corrosion degradation of HVOF thermal sprayed FeCrAl coating at 700-800 oC / T. Hussain, N.J. Simms, J.R. Nicholls, J.E. Oakey // Surface & Coatings Technology. - 2015. - Vol. 268. - P. 165-172. - doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.01.074.
  15. Characterization of alumina scale formed on FeCrAl steel / K. Reszka, J. Morgiel, Z. Żurek, A. Jaroń // Archives of Metallurgy and Materials. - 2014. - Vol. 59, N 1. - P. 73-81. - doi: 10.2478/amm-2014-0013.
  16. Advanced porous structures made from intermetallic and superalloy fibers / O. Andersen, C. Kostmann, G. Stephani, G. Korb // Proceedings of the 1st International Conference on Materials Processing for Properties and Performance "MP3 2002", Singapore, 1-3 August 2002. - Singapore, 2002. - P. 214-221.
  17. Анциферов В.Н., Башкирцев Г.В. Исследование процессов формирования жаростойкого ВПЯМ сплава хромаль, как носителя нанодисперсного катализатора в кластерной теплоэнергетике // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2010. - Т. 12, № 1. - С. 7-16.
  18. Башкирцев Г.В., Храмцов В.Д. Активация процессов гомогенизации и спекания высокопористых проницаемых ячеистых материалов на основе жаростойких сплавов введением нанопорошков // Третья Всероссийская конференция по наноматериалам НАНО 2009, Екатеринбург, 20-24 апреля 2009 г.: тезисы докладов. - Екатеринбург, 2009. - С. 813-814.
  19. Анциферов В.Н., Храмцов В.Д Способы получения и свойства высокопористых проницаемых ячеистых металлов и сплавов // Перспективные материалы. - 2000. - № 5. - C. 56-60.
  20. Взаимодействие алмаза с ультрадисперсным порошком железа, полученным различными способами / А.И. Чепуров, В.М. Сонин, А.А. Чепуров, Е.И. Жимулев, Б.П. Толочко, В.С. Елисеев // Неорганические материалы. - 2011. - Т. 47, № 8. - С. 957-961.
  21. Анциферов В.Н., Гилев В.Г., Костиков В.И. Взаимодействие фуллерена С60 с порошковым железом // Перспективные материалы. - 1998. - № 3. - С. 5-10.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).