专利名称：FeCrAl材料的制备方法和该材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种FeCrAl材料的制备方法，和该FeCrAl材料。
传统的铁基合金通常含有Fe和12-25％的Cr和3-7％的Al，称为FeCrAl-合金，由于其具有好的抗氧化性，因此在各种高温应用中特别有用。因此，这样的材料已用于生产电阻元件和作为机动车催化剂的载体材料。由于含有一定量的铝，因此该合金在高温下和在大部分气氛中，能形成一种不渗透的和附着的表面氧化物，这种氧化物基本上由Al2O3构成。该氧化物可以避免金属的进一步氧化，而且也可以防止许多其他形式的腐蚀，如渗碳、硫化等等。
纯的FeCrAl合金的特征在于，在高温下的机械强度相对较低。这样的合金在高温下相对脆弱，并且在经受较长时间高温后，由于晶粒的增长，再回到低温时容易变脆。改善这种合金高温强度的方法之一是使合金中含有非金属夹杂物，由此得到一种沉淀硬化效果。
添加所述夹杂物的一种已知方法是所谓的机械合金化方法，其中将各种组分在固相下进行混合。在此方法中，将细的氧化物粉末，通常为Y2O3，和具有FeCrAl组成的金属粉末在高功率的研磨机上长时间地研磨，直到得到均匀的结构为止。
研磨后得到粉末，然后该粉末可再被固结，例如通过热挤出或热等静压，以形成一种完全紧密的产品。
虽然从热力学的角度讲，Y2O3可被认为是一种高稳定性的氧化物，但在不同的情况下小的钇粒子可被转变或溶解在金属基体中。
已知在机械合金化方法中，钇粒子可与铝和氧进行反应而生成不同种类的Y-Al-氧化物。在材料长期的使用过程中，由于周围基体的变化，这些混合氧化物夹杂物的组成会有所改变，并且其稳定性降低。
据报道，向含有Y2O3和12％Cr的机械合金化材料中加入呈钛的形式的形成氧化物能力很强的元素，可导致(Y+Ti)复合氧化物的隔离，得到具有比不含钛的材料更大的机械强度的材料。通过加入钼还可以进一步改善高温强度。
因此，采用机械合金化的方法可获得具有良好强度性能的材料。
然而，机械合金化方法还存在一些缺点。机械合金化过程是在高功率的研磨机中分批地进行，其中将各组分混合以获得均匀的混合物。每一批的处理量是比较有限的，完成整个研磨过程需要较长的时间。研磨方法还需要能量。机械合金化方法的最显著缺点是其必需的高生产成本。
从成本角度考虑，其中不需采用高功率研磨的方法而能制造细粒子的FeCrAl合金材料的方法，将是非常有益的。
如果能通过气体雾化，即生产出细粒子然后再进行压缩的方法生产所述材料，将是有利的。该方法的生产成本要低于采用研磨生产粉末的方法。在快速固化过程中，非常小的碳化物和氮化物会一起沉淀下来，这类碳化物和氮化物是需要的。
然而，当雾化FeCrAl材料时，钛却带来了严重问题。该问题是，雾化前，在熔体中会形成主要由TiN和TiC组成的小颗粒。这些颗粒容易附着在耐火材料上。由于熔体在雾化前需通过较细的陶瓷喷嘴，这些颗粒将附着在喷嘴上并逐渐累积。这导致喷嘴的堵塞，因此需要中断雾化过程。在生产过程中，这样的停工会增加成本，而且比较麻烦。因此，含有钛的FeCrAl材料实际上不是采用雾化法进行生产的。
本发明解决了上述的问题并且涉及一种可通过雾化法制备FeCrAl材料的方法。
因此，本发明涉及一种通过气体雾化制备FeCrAl材料的方法，其中所述的材料中除了含有铁(Fe)、铬(Cr)和铝(Al)以外，还含有少量的以下一种或多种材料钼(Mo)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、氮(N)、碳(C)和氧(O)，并且其中该方法的特征在于使被雾化的熔体含有0.05-0.50wt％的钽(Ta)并同时含有小于0.10wt％的钛(Ti)。
本发明还涉及一种权利要求6所限定的那种材料，其具有该权利要求所述的基本特征。
本发明涉及一种通过气体雾化制备FeCrAl材料的方法。该FeCrAl材料中除了含有铁(Fe)、铬(Cr)和铝(Al)以外，还含有少量的以下一种或多种材料钼(Mo)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、氮(N)、碳(C)和氧(O)。
按照本发明，使被雾化的熔体含有0.05-0.50wt％的钽(Ta)而且还含有小于0.10wt％的钛(Ti)。
现已发现，钽可赋与材料与采用钛获得的材料相当的强度性能，同时不会形成导致喷嘴堵塞数量的TiC和TiN。即使熔体中含有0.10wt％的钛时也是如此。
因此，通过采用钽代替至少部分钛，可以采用气体雾化法来生产所述的材料。
采用氩气(Ar)作为雾化气体是常规的，也是可能的。但氩气会被吸附，一部分在粉末颗粒的可到达的有效表面上，一部分在孔隙中。在随后的产品加热固结和热处理过程中，在高压下，氩气将聚集在微缺陷中。在以后的低压和高温应用时，这些缺陷将膨胀形成孔，由此损害产品的强度。
由于氮比氩在金属中的溶解性更大，而且氮可以生成氮化物，因此通过氮气雾化的粉末不会表现出与氩气相同的情况。在采用纯氮气进行气体雾化时，铝将与气体进行反应，在粉末颗粒的表面会发生明显的硝化作用。这种硝化作用使粉末颗粒之间在热等静压(HIP)过程中很难产生粘合，给所得毛坯的热加工或热处理过程带来困难。另外，个别的粉末粒子可能被显著地硝化，以至于使大部分的铝结合为氮化物。这样的颗粒不能形成保护性的氧化物。因此，如果它们接近最终产品的表面则将干扰氧化物的形成。
现已发现，当向氮气中供给控制量的气态氧时，可在粉末的表面产生某种氧化作用，而同时明显地降低了硝化反应。也大大地降低了对氧化物的干扰。
因此，根据本发明的一个非常优选的实施方案，采用加入给定量氧气(O2)的氮气(N2)作为雾化气体，所述氧气的加入量是使雾化后的粉末中含有0.02-0.10wt％的氧(O)，同时粉末中氮的含量为0.01-0.06wt％。
按照本发明的一个优选的实施方案，控制熔体的组成使雾化后所得粉末具有下列重量百分含量的组成Fe 余量Cr 15-25wt％Al 3-7Mo 0-5Y 0.05-0.60Zr 0.01-0.30Hf 0.05-0.50Ta 0.05-0.50Ti 0-0.10C 0.01-0.05N 0.01-0.06O 0.02-0.10Si 0.10-0.70Mn 0.05-0.50P 0-0.08S 0-0.005按照本发明的一个特别优选的实施方案，控制熔体的组成，使雾化后得到的粉末大约具有下列重量百分含量的组成Fe 余量Cr 21wt％
Al 4.7Mo 3Y 0.2Zr 0.1Hf 0.2Ta 0.2Ti ＜0.05C 0.03N 0.04O 0.06Si 0.4Mn 0.15P ＜0.02S ＜0.001在经过热处理后，钇和钽的氧化物以及铪和锆的碳化物的存在对材料的抗蠕变强度或抗蠕变力有很大的影响。
按照本发明的一个优选的实施方案，式((3×Y+Ta)×O)+((2×Zr+Hf)×(N+C))的数值大于0.04，但小于0.35，其中式中所示的各个元素应采用熔体中相应元素的重量百分含量来代换。
虽然上面参考一些示范性的实施方案对本发明进行了描述，但应该理解，可以对材料的组成进行某些改进，仍然获得令人满意的材料。
所以本发明并不限于所述的实施方案，因为在所附权利要求书的范围内可进行各种各样的改变。
权利要求
1.一种通过气体雾化制备FeCrAl材料的方法，所述的材料除了含有铁(Fe)、铬(Cr)和铝(Al)以外，还含有少量的一种或多种以下材料钼(Mo)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、氮(N)、碳(C)和氧(O)，其特征在于使被雾化的熔体含有0.05-0.50wt％的钽(Ta)并同时含有小于0.10wt％的钛(Ti)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用氮气(N2)作为雾化气体，并且在雾化气体中加入给定量的氧气(O2)，其中所述氧气的加入量是使雾化后的粉末中含有0.02-0.10wt％的氧(O)，同时粉末中氮的含量为0.01-0.06wt％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，控制熔体的组成使雾化后得到的粉末具有下列重量百分含量组成Fe 余量Cr 15-25wt％Al 3-7Mo 0-5Y 0.05-0.60Zr 0.01-0.30Hf 0.05-0.50Ta 0.05-0.50Ti 0-0.10C 0.01-0.05N 0.01-0.06O 0.02-0.10Si 0.10-0.70Mn 0.05-0.50P 0-0.8S 0-0.005
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，控制熔体的组成使雾化后得到的粉末具有下列重量百分含量的近似组成Fe 余量Cr 21wt％Al 4.7Mo 3Y 0.2Zr 0.1Hf 0.2Ta 0.2Ti ＜0.05C 0.03N 0.04O 0.06Si 0.4Mn 0.15P ＜0.02S ＜0.001
5.根据权利要求1，2，3或4所述的方法，其特征在于，式((3×Y+Ta)×O)+((2×Zr+Hf)×(N+C))的数值大于0.04，但小于0.35，式中的元素表示熔体中的重量百分含量。
6.采用气体雾化法制备的粉末冶金FeCrAl合金的高温材料，其中所述材料除了含有铁(Fe)、铬(Cr)和铝(Al)以外，还含有少量的一种或多种以下材料钼(Mo)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、氮(N)、碳(C)和氧(O)，其特征在于该材料含有0.05-0.50wt％的钽(Ta)并同时含有小于0.10wt％的钛(Ti)。
7.根据权利要求6所述的高温材料，其特征在于，通过气体雾化法得到的粉末具有下列重量百分含量组成Fe 余量Cr 15-25wt％Al 3-7Mo 0-5Y 0.05-0.60Zr 0.01-0.30Hf 0.05-0.50Ta 0.05-0.50Ti 0-0.10C 0.01-0.05N 0.01-0.06O 0.02-0.10Si 0.10-0.70Mn 0.05-0.50P 0-0.08S 0-0.005
8.根据权利要求7所述的高温材料，其特征在于，所得到的粉末具有下列重量百分含量的近似组成Fe 余量Cr 21wt％Al 4.7Mo 3Y 0.2Zr 0.1Hf 0.2Ta 0.2Ti ＜0.05C 0.03N 0.04O 0.06Si 0.4Mn 0.15P ＜0.02S ＜0.001
9.根据权利要求6、7或8所述的高温材料，其特征在于，式((3×Y+Ta)×O)+((2×Zr+Hf)×(N+C))的数值大于0.04，但小于0.35，式中元素表示熔体中的重量百分含量。
全文摘要
一种通过气体雾化制备FeCrAl材料的方法，其中所述材料除了含有铁(Fe)、铬(Cr)和铝(Al)以外，还含有少量的以下一种或多种材料钼(Mo)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、氮(N)、碳(C)和氧(O)。本发明的特征在于，使被雾化的熔体含有0.05－0.50wt％的钽(Ta)并同时含有小于0.10wt％的钛(Ti)。根据本发明的一个非常优选的实施方案，采用加入了给定量氧气(O
文档编号B22F1/00GK1414892SQ00817968
公开日2003年4月30日 申请日期2000年12月18日 优先权日2000年1月1日
发明者R·伯格伦德, J·麦格努森, B·琼森 申请人:桑德维克公司