专利名称：：一种耐高温铁铬铝纤维丝及制备工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种耐高温铁铬铝纤维丝。本发明还涉及通过对铁铬铝线材进行集束拉拔得到耐高温铁铬铝纤维丝的制备方法。
背景技术：
：目前,Ni-Cr、Fe-Cr-Al和Fe-Mo-W等三类合金是可用作汽车尾气净化器的金属载体材料。从加工性能和经济价值等综合考虑，Fe-Cr-Al是最有应用前景的合金。随着我国汽车保有量的急剧增长，机动车尾气排放造成的污染也越来越严重，对可用于汽车尾气净化的铁铬铝纤维的需求量也在逐年递增。同时，从节能和环保的角度考虑，也对铁铬铝纤维的使用寿命提出了更高的要求。大量研究表明，铁铬铝纤维表面可选择性地形成的八1203膜的均匀性、内应力以及它与基体的附着性能好坏是决定铁铬铝纤维在高温条件下使用寿命的重要因素。因此，铁铬铝纤维中铝含量的增加对延长载体的使用寿命是十分有利的。但随着铝含量的增加,铁铬铝合金的加工脆性就会加剧。事实上，铝含量超过5.5wt.7。时，加工普遍存在收得率低的问题，使加工成本大幅增加，因此一般都只能把这种合金的铝含量控制在5.5wt歹。以内。一种名称为"一种金属纤维丝及其制作工艺"，申请号为200610086041.2的发明专利，公开了其组成包含以下组分(以城.％表示)碳0.03-0.08%,锰0.20-0.46%，硅0.40-0.63%，稀土金属铈或镧0.02-0.10%，铝4.8-5.9%。铬15-26%，铜0.05-2.0%，硫0.03-0.04%，磷0.04-0.05%，铁66-81%。其制作工艺依次包括以下工序进料、电镀、装管、直拔、拉拔、退火、保温、绕线、酸洗、清洗、烘干、入库。此发明的金属纤维丝制作工艺，虽然适宜拉拔加工，但其成品率较低，制得的铁铬铝纤维的使用寿命也并不理想。同时，此发明的金属纤维丝制作工艺，退火道次太多且难于操作，酸洗时产生大量有害气体，生产成本高，故很难实现大规模生产。
发明内容本发明的一个目的是提供一种耐高温铁铬铝纤维丝，该铁铬铝纤维在纤维整个长度和圆周范围具有更可靠的性能，强度和延伸率均以很大地改善，尤其是具有更加优良的高温抗氧化性能。本发明的另一目的旨在提供工艺更简单，高效的一种耐高温铁铬铝纤维丝的制备工艺，可以大大地提高铁铬铝纤维的成材率。本发明的目的是通过下述方式实现的一种耐高温铁铬铝纤维丝，包含以下重量百分比成分0.005%《C《0.025%，15%《Cr《27%，5.95%《A1《7.0%,0.05%《Cu《0.2%,0.4%《Si《0.6%，0.2%《Mn《0.4%,0.03%《S《0.04%,0.010%《P《0.045%，0.01%《RE《0.04%，余量为铁；所述纤维丝的等效直径为1.5-100um，直径公差为0.5-lum的范围内，铁铬铝纤维的长度范围为l-4X105m。所述的耐高温铁铬铝纤维丝纤维的轴重控制在0.1-lOOKg的范围内。根据本发明获得的铁铬铝纤维的等效直径范围为1.5-100um，优选5-50um，直径公差在0.5-lum的范围内。等效直径被定义为一种假想圆的直径，该假想圆的表面积与铁铬铝纤维的横截面表面积相同。根据本发明获得的铁铬铝纤维的长度范围为l-4X105m，优选lX102-lX104m，因此纤维的轴重可以控制在O.l-lOOKg的范围内，优选5-10Kg。根据本发明获得的铁铬铝纤维表面八1203膜的均匀性、内应力以及它与基体的附着性能较好，从而获得了良好的高温抗氧化性能。与本领域已知的通过集束拉拔获得的铁铬铝纤维相比，根据本发明的铁铬铝纤维整体性能较好，铝含量较高，铁铬铝纤维的强度和延伸率得到极大的改善，且沿纤维长度方向的性能基本相同，并且具有基本均匀的组成。例如，单丝直径为22um时，直径公差可以控制在0.5-lum的范围内，抗拉强度可以达到1579MPa，延伸率达到1.70%，轴重达到10Kg。另外，作为本发明主题的铁铬铝纤维的合金具有以下优点本发明碳含量为0.005%-0.025%，碳含量低于0.025%，可有效地防止拉拔后的材料变脆。本发明的铝含量为6.0%-7.0%，从而可获得很好的高温抗氧化性能。稀土铈或镧含量为0.01%-0.04%，也使得本发明的产品具有更优的高温抗氧化性能。采用上述合金，能够在不需要中间热处理的情况下，在拉拔复合线期间，使复合线的变形量Ae高于80%，例如85%或者甚至90%。变形量Af被定义为复合线的最终横截面积S2与复合线的初始横截面积Si之差，再与复合线的初始横截面积S!之比的值。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>初始横截面积S1指的是在热处理之后但在进一步拉拔之前的复合线的横截面积，最终横截面积S2指的是在变形(拉拔)之后以及在下一个热处理步骤(如果有)之前测量S2。本发明的另一目的是提供了一种铁铬铝纤维的制备方法。根据本发明的方法包括以下步骤①预处理在原料铁铬铝线材表面电镀涂覆金属或物理涂覆非金属隔离层，制备复合丝；②封装采用封装材料封装被嵌入基体的铁铬铝线材，形成一种复合材料；③压实将封装之后的复合材料压实为复合线；拉拔压实后的复合线经过多次减径拉拔和退火成为成品复合线；⑤分离成品复合线采用电化学分离的方式，除去封装及基体材料，最终获得铁铬铝纤维；⑥收巻将电化学分离后的纤维用收线机收巻；所述的多次减径拉拔和退火是将复合线减径拉拔后，送入到退火炉内，在600-900'C下保温10-30分钟，然后将退火的复合线置于空气中冷却，进入到下一道拉拔工序，重复操作3-5次。在步骤①中，提供铁铬铝线材，该线材的组成中含有铁以及下述成分(以wt.%表示)0.005%《C《0.03%，15%《Cr《27%,5.95%《A1《7.0%,0.05%《Cu《0.2%，0.4%《Si《0.6%,0.2%《Mn《0.4%,0.03%《S《0.04%，0.010%《P《0.045%，0.01%《RE《0.04%。提供的铁铬铝线材或者盘条的直径优选为0.2-20mm。在步骤②中，通过在最初一个步骤，在铁络铝丝材表面涂覆金属或非金属隔离层，这层金属或非金属可以称为"基体材料"，这样铁铬铝线材就嵌入在基体材料中，该层的厚度例如为lum-2mm。"基体材料"是为了进行集束拉拔过程而施加在各个铁铬铝线材上的材料。这种基体材料例如可以是铜、铁或者铜合金或铁合金。铁铬铝丝材嵌入在基体材料中，可以称为"复合丝"。在步骤③中，将铁铬铝线材束嵌入在基体材料中之后，再对其进行封装。封装材料被定义为在其上已施加有基体材料的铁铬铝线材束上施加的材料。这种封装材料例如可以是铜、铁或者铜合金或铁合金。在步骤④中，根据施加有基体材料的铁铬铝线材束的表面积，计算出压实的直径，选取合适的合金模进行压实，这种嵌入基体材料中的被封装后再压实的铁铬铝线材束被称作"复合线"。这样，便将铁铬铝线材和封装材料组合在一起，形成一束。在步骤⑤中，交替进行如下操作减小复合线直径，对直径减小的复合线热处理，以及进行最终的直径减小，最终的变形量使复合线获得最终直径。本发明是通过轧制操作减小直径。每道次的热处理采用连续热处理的方式，包括以下步骤a.将复合线送入退火炉内，温控仪温度设定到600-900°C，保温10-30分钟，具体的温度和保温时间根据不同产品规格要求进行调整。b.达到规定要求的温度和时间后，将已退火完毕的复合线置于空气中冷却，再送至下一道拉拔工序。可能地(但不是必须地)，在全部拉拔步骤采用高于80。/。的变形量Ae。可能地(但不是必须地)，在最终直径减小之后，对成品复合线进行一次热处理。在步骤⑥中，电化学分离采用连续阴阳交替电解，采用硫酸溶液作为电化学溶液体系，硫酸溶液的浓度为0.7—1.4mol/L。在电解分离过程中，电解电压采用恒压控制，电压控制在3—4V。根据基体和封装材料的不同，控制复合线分离的速度为0.8—1.2m/min。在步骤⑦中，收线机的收巻速度根据具体的铁铬铝纤维规格可以在30—60m/min的范围内调整。对于目前已知的大批量生产的铁铬铝纤维而言，该变形量Ae保持低于70%，或者甚至低于60%，而且在拉拔过程中要进行大量的热处理。即使如此，铁铬铝纤维的成材率仍然较低，只能达到50%，或者甚至低于40%。本发明与现有技术相比，具有显著的进步和实质性特点本发明通过对拉拔工艺的改进，在拉拔过程中采用最优化的热处理方式和工艺，解决了拉拔过程中断裂和质量不稳定等问题，将铁络铝纤维的成材率提高到98%以上，并已实现大规模生产，年产量在500吨以上。采用本发明的方法制得的铁铬铝纤维，铁铬铝纤维的强度和延伸率得到极大的改善。图1是经拉拔后直径为1.2mm的复合线的横截面的显微照片，从图1可看出复合丝之间有明显的界面,在拉拔过程中,虽然复合线的表面变形大，但是内部变形小而且不均匀，复合丝的形状已不是圆形。图2是直径为22um的铁铬铝纤维的显微照片，从图2可以看出，纤维样品表面有部分小颗粒，但沿长度方向表面情况相类似。图3所示为本发明的工艺流程图；具体实施方式-下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。表1示出了根据本发明的铁铬铝纤维的组成。表l本发明的铁铬铝纤维的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>作为本发明主题的铁铬铝纤维可以通过使用下述的优选法提供，在步骤①中提供直径为0.2-20rnm，例如0.37mm并且具有根据上述实例之一的组成的铁铬铝线材。在步骤②中，通过例如电解涂覆一层铜来对所述的铁铬铝线材进行涂覆。优选地，该层厚度为3-100um，例如20um。在步骤③中，将几根，例如500根涂覆后的线材封装在铁套中。结果，在步骤④中，将复合线材压实为15.6mm的复合线。在步骤⑤中，该复合线采用高于10%，例如40%的几个Ae(例如Asl，As2)交替进行直径减小，并且然后在600-900。C下，例如800°C下进行一根复合线接着一根复合线的连续退火。该热处理时间为10-30分钟，例如20分钟。最终的直径减小采用高于70。/。的Ae来减小所述复合线的直径，该最终的直径减小使复合线具有最终直径。最后，在步骤⑥中，例如通过采用浓度为0.8mol/L的硫酸，电压为4V，复合线分离的速度为lm/min，来除掉基体材料和封装材料。获得了直径为5-25um的铁铬铝纤维，例如12um或8um。在步骤⑦中，收线机的收巻速度设定为30m/min进行收巻。获得的12um的铁铬铝纤维的直径公差为0.5-0.8um的范围内，纤维的长度为lX103-lX104m，纤维的轴重控制在6-7Kg的范围内，铁铬铝纤维的的抗拉强度为1239MPa，延伸率为1.2%,8um的铁铬铝纤维的抗拉强度为1027MPa，延伸率为0.5%。表2示出了根据本发明的铁铬铝纤维的性能。芯数与直径直径公差长度轴重抗拉强度延伸率<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本领域技术人员可以根据本发明作出替换、变形，只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。权利要求1.一种耐高温铁铬铝纤维丝，其特征在于由以下重量百分比成分组成0.005％≤C≤0.025％，15％≤Cr≤27％，5.95％≤Al≤7.0％，0.05％≤Cu≤0.2％，0.4％≤Si≤0.6％，0.2％≤Mn≤0.4％，0.03％≤S≤0.04％，0.010％≤P≤0.045％，0.01％≤RE≤0.04％，余量为铁；所述纤维丝的等效直径为1.5-100um，直径公差为0.5-1um的范围内，铁铬铝纤维的长度范围为1-4×105m。2.根据权利要求1所述的一种耐高温铁铬铝纤维丝，其特征在于所述的纤维丝的轴重控制在0.1-lOOKg的范围内。3.根据权利要求1所述的一种耐高温铁铬铝纤维丝，其特征在于所述的纤维丝的等效直径为5-50um。4.根据权利要求1或3所述的一种耐高温铁铬铝纤维丝，其特征在于所述的纤维的长度范围1X102-1X104m，纤维的轴重5-10Kg。5.—种耐髙温铁铬铝纤维丝的工艺，其特征在于，包括以下步骤①预处理在原料铁铬铝线材表面电镀涂覆金属或物理涂覆非金属隔离层，制备复合丝；②封装采用封装材料封装被嵌入基体的铁铬铝线材，形成一种复合材料；③压实将封装之后的复合材料压实为复合线；拉拔压实后的复合线经过多次减径拉拔和退火成为成品复合线；⑤分离成品复合线采用电化学分离的方式，除去封装及基体材料，最终获得铁铬铝纤维；⑥收巻将电化学分离后的纤维用收线机收巻；所述的多次减径拉拔和退火是将复合线减径拉拔后，送入到退火炉内，在600-900'C下保温10-30分钟，然后将退火的复合线置于空气中冷却，进入到下一道拉拔工序，重复操作3-5次。6.根据权利要求5所述的一种耐高温铁铬铝纤维丝的工艺，其特征在于，在步骤⑤中，所述的电化学分离采用连续阴阳交替电解，采用硫酸溶液作为电化学溶液体系，硫酸溶液的浓度为0.7—1.4mol/L;电解电压采用恒压控制，电压控制在3—4V;控制复合线分离的速度为0.8—1.2m/min。7.根据权利要求5所述的一种耐高温铁铬铝纤维丝的工艺，其特征在于，在步骤⑦中，收线机的收巻速度在30—60m/min的范围内调整。全文摘要一种耐高温铁铬铝纤维丝及制备工艺，本发明属于不锈钢加工领域，主要是通过集束拉拔嵌入在基体材料中的铁铬铝线材获得铁铬铝纤维。铁铬铝纤维的组成包含铁以及下述组分(以wt.％表示)0.005％≤C≤0.03％，15％≤Cr≤27％，5.95％≤Al≤7.0％，0.05％≤Cu≤0.2％，0.4％≤Si≤0.6％，0.2％≤Mn≤0.4％，0.03％≤S≤0.04％，0.010％≤P≤0.045％，0.01％≤RE≤0.04％。其制作工艺包括以下工序选料、预处理、封装、压实、拉拔、分离和打卷。本发明的铁铬铝纤维制作工艺，适宜拉拔加工高铝的铁铬铝线材，成材率能达到98％，而且对环境的影响比较小。文档编号C22C49/08GK101220449SQ20081003054公开日2008年7月16日申请日期2008年1月25日优先权日2008年1月25日发明者吴晓春,张景鹏,洪汪,王立民,忠蓝,黄俊杰申请人:湖南惠同新材料股份有限公司