一种电热合金的制备方法及其制备得到的电热合金材料与流程

文档序号:23005513发布日期:2020-11-20 11:56阅读:288来源:国知局

本发明涉及材料技术领域,更具体地,涉及一种电热合金的制备方法及其制备得到的电热合金材料。



背景技术:

电热合金是指利用合金电阻特性产生焦耳热使电能转换成热能的功能性电热工程材料。电热合金主要有两大类:一类是铁素体组织的铁铬铝合金;另一类是奥氏体组织的镍铬合金。这两类合金由于组织结构不同,在性能上也不尽相同。其性能要求主要包括以下三点:第一,在高温下应有良好的抗氧化性(或抗介质气氛侵蚀性)及足够的抗蠕变性能。第二,应有较高的电阻率,电阻率温度系数尽可能低,可以承受较大的电流。第三,应有良好的冶金生产工艺性能和制造加工性能。

铁铬铝电热合金的主要生产工艺流程如下:原材料的冶炼--拉拔--压扁--热处理。以此类生产工艺生产出的电热合金能够满足绝大部分电热合金使用场合。电热合金带生产工艺如下:熔炼、轧制、拉拔、热处理、成材。主要用途为汽车、摩托车尾气金属蜂窝载体用铁铬铝金属箔带,电陶炉专用铁铬铝箔材。

随着科技进步与发展,出现了越来越多的场合需要使用具备更高性能的电热合金。目前市面上急需一种具备超高电阻率的电热合金。目前已知的电热合金电阻率最高只有1.53μω·m。部分客户希望应用电阻率高达2.0μω·m铁铬铝电热合金薄带材料

目前的电热合金无法满足市场的应用需求,主要体现在以下两个方面:第一,目前的电热合金电阻率最高为1.53μω·m,不能满足更高电阻率使用场合。第二,铁铝系列电热合金耐腐蚀性能较差,仅仅相当于4系不锈钢。

而目前针对铁铬铝系列电热合金开发的方法,普遍存在从合金成分上调整。即熔炼时通过添加各种微量元素来调整合金的电阻率和耐腐蚀性能,然后通过后续各种传统工艺手段来生成缺陷使其电阻率得到进一步升高。此传统方法能够在一定程度上对其电阻率等性能进行调整,然而调整的幅度仍然有限。即使目前最高电阻率的电热合金也无法满足市场的更高需求。

仅仅通过合金元素微调以及传统工艺处理存在以下局限性。调控成分时,如果微量元素添加过多将会增加合金的强度与硬度,导致合金后续加工性能恶化,严重时将导致轧制板带过程中开裂。此外通过添加各种金属元素,由于其本身电阻率就不高,因此无法大幅度提高其电阻率。通过传统工艺产生的缺陷增加了其电阻率,但是缺陷的可控性并不高,并且合金中的缺陷大部分为生产工艺附带的产物,很难人为调控,因此依赖于微合金化和增加大量缺陷来大幅度提高电热合金电阻率的方法目前不可行。

因此,结合市场需求及目前电热合金的性能,急需开发出一种高电阻率,高耐蚀性能且经济的铁铬铝电热合金材料。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是针对市面上的铁铬铝电热合金最高电阻率也仅为1.53μω·m,现有技术方案通过成分调控实现大幅度增加合金电阻率极为困难,传统工艺附带产生的缺陷能够提高电阻率,但是无法有效控制缺陷数量等问题,提供一种电热合金的制备方法及其制备得到的电热合金材料。本发明通过对调控合金成分,改善加工工艺方法来提高铁铬铝电热合金的电阻率等性能。通过适量降低cr含量来改善合金的加工性能,通过熔炼时加入部分硅粉来弥补其部分电阻率,通过增加一定量的al进一步保证合金的耐蚀性能与抗氧化性能。调整整体电热合金的制备工艺,使铁铬铝电热合金的电阻率明显提高,达到使用需求,给电热合金的使用上带来新的突破,具有巨大的经济意义和市场价值。

同时,也可以根据使用条件不同,在一些工况条件要求较高的情况下,可以直接使用现有的铁铬铝电热合金进行轧制喷射半导体粉末的方式,在保持原有材料的高性能的前提下,增加电阻率,使其综合性能良好。

本发明的另一目的在于公开一种使用电热合金的制备方法制备得到的电热合金材料。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现:

提供一种电热合金的制备方法,使用现有的铁铬铝电热合金或新成分的铁铬铝电热合金,作为目标铁铬铝电热合金;再将所述目标铁铬铝电热合金的铸锭粗轧制成板带,所述板带进行退火后,再在板带两面进行喷射半导体粉末;使半导体粉末镶嵌于板带两面后,再进行精轧,精轧成型处理后得到电热合金成品;

其中,所述新成分的铁铬铝电热合金是以现有的铁铬铝电热合金作为成分为基础来调控的合金成分,通过将所述铁铬铝电热合金中调整合金cr元素、si元素、al元素、稀有金属元素来调控合金成分,通过熔炼得到铁铬铝电热合金铸锭。

本发明将通过调控合金成分,调控cr、al元素含量调控了其耐腐蚀性能,抗氧化性能,后续加工性能。通过适量添加cr元素、si元素、al元素及稀土元素等合金元素适当提高了合金的电阻率。同时,通过采用-喷射半导体粉末处理,使高电阻率的半导体粉末均匀镶嵌在铁铬铝合金中,节省了cr元素的使用量,显著提高了合金的电阻率;既保持了铁铬铝的各项优异性能,又显著提高了材料的电阻率和耐腐蚀性能。

进一步地,所述铁铬铝电热合金铸锭的原料配比为:按总体熔料质量百分比计,在现有的铁铬铝电热合金成分基础上,将现有cr元素含量大于13%的铁铬铝电热合金成分,减少cr元素2%-14%的添加量,再加入质量百分比2%-14%的fe和/或al替换减少的cr含量,使得调配后得到铁铬铝电热合金铸锭:控制总体cr含量为13-18%,控制总体al含量3-14%,控制熔炼时总体si元素含量在0.05%-0.5%(这里不含后续采用喷射或轧制嵌入的半导体粉末)。若原成分中含nb或re或mo,则采用预制中间合金工艺添加nb、re、mo,其中中间合金为cr-nb、cr-re、cr-mo共晶合金。将nb、re、mo元素的含量控制在0-2%,余量为工业纯铁。

本发明通过科学地添加各种元素成分,达到优化的配比方式,使其进一步接近市场需求。通过适当的削减原始电热合金成分中的cr含量,用al和/或fe进行替代这部分削减的cr含量保证了合金的耐蚀性能,抗氧化性能,更重要的是保证了后续加工性能,为后续喷射半导体粉末的加工工艺奠定了良好的基础。通过熔炼过程中添加少量的硅粉有利于提高部分电阻率。这种通过削减cr含量用其他元素含量进行替代的方法极大的节省了铁铬铝电热合金的原材料成本。

进一步地,所述铁铬铝电热合金铸锭的制备方法包括以下步骤:

s1.采用预制中间合金工艺添加nb、re、mo的其中一种,预先熔炼相对应的cr-nb、cr-re、cr-mo共晶合金作为中间合金备用;

s2.确定每次熔炼电热合金的总质量,计算出各个合金元素的质量;将添加的稀有金属单质改为添加cr-nb、cr-re、cr-mo共晶合金,将计算出熔炼所需稀有金属元素和/或稀土元素的质量,用cr-nb、cr-re、cr-mo共晶合金中包含的稀有元素的质量进行替代,并计算所添加cr-nb、cr-re、cr-mo共晶合金中的cr元素的质量,计算还缺少的cr元素的质量;然后补齐熔炼电热合金所需余量金属cr元素的质量;

s3.熔炼电热合金时,将金属铝、工业纯铁、中间合金,余量金属cr;依次序放入中频真空感应熔炼炉中,将硅粉均匀分散置入中上层,以便硅粉弥散分布于电热合金基体中;熔炼温度分梯度设置为1970℃±30℃,保温一段时间2-4min,1770℃±30℃保温3-5min,1600℃±30℃保温1-3min,待反复熔炼均匀后,随炉冷却即得到了铁铬铝电热合金铸锭。

其中,步骤s3中,所述中间合金选用cr-nb共晶合金,熔炼温度为2510±10℃,保温时间为1-3min。

下面针对含nb的电热合金熔炼,预先熔炼cr-nb共晶合金时,熔炼温度为2510±10℃,保温时间为1-3min,即将cr、nb单质熔炼成熔液;确定每次熔炼电热合金的总质量,计算出各个合金元素的质量;将添加的nb金属单质改为添加cr-nb共晶合金,将计算出熔炼所需nb的质量,用cr-nb共晶合金中包含的nb的质量进行替代,并计算所添加cr-nb共晶合金中的cr元素的质量,计算还缺少的cr元素的质量;然后补齐熔炼电热合金所需余量金属cr元素的质量。

熔炼电热合金时,将金属铝,工业纯铁,cr-nb中间合金,余量金属cr依次序放入中频真空感应熔炼炉中,将硅粉粉末均匀分散置入中上层,以便硅粉粉末弥散分布于电热合金基体中;熔炼温度分梯度设置为1970℃±30℃,保温一段时间2-4min,1770℃±30℃保温3-5min,1600℃±30℃保温1-3min,待反复熔炼均匀后,随炉冷却即得到了铁铬铝电热合金铸锭。

将硅粉粉末均匀分散置入中上层,以便硅粉粉末弥散分布于电热合金基体中。依照上述由熔点低至高的放入顺序,下层为低熔点金属,上层为高熔点金属,有利于高熔点金属的快速熔炼,保证了熔炼效率。熔炼过程中严格控制了碳与氧的含量,保证熔炼均匀,避免这些元素与基体元素以碳化物或者氧化物等脆性夹杂物的形式存在于晶界,避免了铁铬铝合金在拉拔过程中出现脆性断裂问题。使铁铬铝碳氧含量控制符合国家标准。

本发明在原有技术方案基础之上进行创造性的改进。首先通过调控合金成分,使其进一步接近市场需求。通过适量调控cr、al元素含量来保证合金的耐蚀性能和抗氧化性能;在钢中添加合金cr元素对耐蚀性能的影响符合n/8定律。即当n取1时,添加cr元素质量百分比为1/8(12.5%),当cr元素含量大于此值时,钢的耐蚀性会显著增加,即一般不锈钢中,cr元素的含量通常大于13%。

通过适量增加硅元素的含量来合金的电阻率;通过适量增加al元素含量来增加其抗氧化与耐蚀性能。硅元素具有明显的半导体性质,其电阻率较高,微量添加能够在保证力学性能不严重削弱情况下,增加其电阻率。因为要显著性增加电热合金电阻率,因此设计时,需将硅元素考虑在内。同时硅元素也有利于提高合金的耐蚀性能,并促进金属熔炼时熔液的流动性能,因此少量添加硅元素即能保证力学性能几乎不受影响,又能带来其他方面的益处。

al元素添加至电热合金中,服役过程中会与空气中的氧气生成致密的氧化铝薄膜al2o3,阻止了空气继续氧化基体。同时al的存在有利于吸附熔炼过程中带入的微量氧气,形成al2o3,由于其电阻率很高,弥散分布于基体中,能在一定程度上能够增加合金的电阻率。

采取上述熔炼方式,是为了使难熔的金属单质cr和nb能够充分均匀熔炼。有利于增强合金元素的耐蚀性能并轻微增加此电热合金的电阻率。当然仅有以上工艺改进仍远远无法满足市面的高电阻率的需求。

作为另一种方案,步骤s3中,中间合金采用电弧感应熔炼炉或真空熔炼设备进行熔炼代替中频真空感应熔炼炉,保护气氛选择用惰性气体。

进一步地,对铁铬铝合金铸锭进行热锻成棒状,热锻温度选择1100℃,然后进行拉拔成线条状,拉拔后的规格为等规格;最后在进行轧制成粗制板带。所述粗制板带进行第一次退火处理,具体的退火方案为,采用退火温度为750-850℃,保温时间为5-20min;对上述冷加工后的电热合金进行第一次退火处理,第一次退火处理的退火温度为750-850℃,保温时间为5-20min;通过调控退火温度与保温时间双参数的组合,确保经过退火后的晶粒呈等轴细小晶粒,保证了产品后续加工过程的延展性。

进一步地,所述对板带进行第二次退火处理退火温度设定为700-800℃,保温10-20min。

进一步地,所述板带两面进行喷射半导体粉末的操作步骤为:板带两面采用喷涂设备(包括新型高能等离子喷涂设备或超音速(低压)喷涂设备或电弧喷涂设备等);在板带两面喷射半导体粉末,如工业硅粉、二氧化硅、金属锗粉末等。半导体粉末选择无定型态或者多面体形态;喷涂半导体粉末过程中,可选先将薄带和/或半导体粉末加热600-900℃,粗制板带传递速度设定为1-15m/min。对于新型高能等离子喷涂设备,主电源额定功率80kw,工作电压30-90v,工作电流100-800a;送粉气体压力0.3-0.5mpa,送粉速度10-180g/min,粉末粒径为150-400目,送粉气体流量0-25l/min;等离子喷枪额定电流150-800a,工作电压30-100v。对于超音速(低压)喷涂设备,工件表面无需加热,压缩空气压力5-10个大气压,压缩空气温度200-600℃,压缩空气流量0.3-0.8m3/min,送粉流量10-100g/min,粉末粒径为15-40μm。

进一步地,所述粗轧的压下量控制在5%-8%,轧制速度控制在0.05-0.1m/s。

进一步地,所述精轧成型处理,精轧压下量控制在0.5%-1%,轧制速度控制在0.02-0.05m/s。

本发明的铁铬铝电热合金为在原始成分基础上改进的任意一种。原始成分为:0cr20al3、0cr23al5、0cr20al6re、0cr25al5、0cr25al6nb、0cr24al6re、0cr27al7mo2的任意一种。

本发明的另一目的在于公开上述电热合金的制备方法制备得到的电热合金材料。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果:

本发明的电热合金的制备方法解决了现有技术方案通过成分调控实现大幅度增加合金电阻率极为困难,传统工艺附带产生的缺陷能够提高电阻率,但是无法有效控制缺陷数量等问题,通过将含cr元素量高的(cr元素含量大于20%)和含cr元素量较低的(cr元素含量13%~20%),分成两种方案,如果不考虑成本的前提下,可以直接将含cr元素量高的铁铬铝电热合金进行轧制-退火-喷半导体粉末-精轧-成品的工艺步骤,在保持原有材料的高性能的前提下,增加电阻率,使其综合性能良好;适合耐蚀性等工况要求较高的情况下。

同时,本发明的电热合金的制备方法针对含cr元素铁铬铝电热合金通过调控合金成分,调整整体电热合金的制备工艺,使铁铬铝电热合金的电阻率明显提高,达到使用需求,既节约成本又能提高电阻率,其他综合性能亦可以满足使用要求,给电热合金的使用上带来新的突破,具有巨大的经济意义和市场价值。

本电热合金的制备方法通过采用喷射半导体粉末处理,使高电阻率的半导体粉末均匀镶嵌在铁铬铝合金中,显著提高了合金的电阻率。即继承了铁铬铝的各项优异性能,又显著提高了电阻率,耐腐蚀性能。

本电热合金的制备方法通过提高铝含量的添加,适当削减铬用量仍能保证合金高电阻率。可以节省材料成本约20%,具有巨大的经济效益。

本电热合金的制备方法提高了电热合金主要性能-高电阻率。为后续电热合金开发与调控提供了有效手段。可适当降低原来用于提高电热合金电阻率而添加的成本较高的金属元素,从而实现成本最大幅度降低。根据铁铬铝合金cr元素质量百分比与电阻率的一次拟合线图。可以得出电阻率与cr元素含量基本呈正相关。可以通过成分调控节省合金元素使用成本5%-25%。

具体实施方式

下面具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明,本发明实施例使用的各种原料均可以通过常规市购得到,或根据本领域的常规方法制备得到,所用设备为实验常用设备。除非另有定义或说明,本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。

本发明将现有的铁铬铝电热合金的成分作为成分调控基础,通过将所述铁铬铝电热合金中调整合金cr元素、si元素、al元素、稀有金属元素来调控合金成分,通过熔炼得到铁铬铝电热合金铸锭;

再将所述铁铬铝电热合金铸锭粗轧制成板带,板带进行退火后,再在板带两面进行喷射半导体粉末;使半导体粉末镶嵌于板带两面后,再进行精轧,精轧成型处理后得到电热合金成品。半导体粉末为工业硅粉、二氧化硅、金属锗粉末的一种,半导体粉末选择无定型态或者多面体形态。

其具体操作如下。

实施例1

本实施例的电热合金的制备方法,以0cr21al6nb合金的成分作为成分调控基础,其合金元素的加入量配比如表1所示。其具体熔炼的操作方法具体为:

s1.预先熔炼cr-nb共晶合金备用;预先熔炼cr-nb共晶合金时,熔炼温度为2510-2520℃,保温时间为1.5min,即将cr、nb单质熔炼成熔液;

s2.确定每次熔炼电热合金的总质量,计算出各个合金元素的质量;将添加的nb金属单质改为添加cr-nb共晶合金,将计算出熔炼所需nb的质量,用cr-nb共晶合金中包含的nb的质量进行替代,并计算所添加cr-nb共晶合金中的cr元素的质量,计算还缺少的cr元素的质量;然后补齐熔炼共晶合金所需余量金属cr元素的质量,其具体元素加入量见表1。

s3.熔炼电热合金时,将金属铝,工业纯铁,cr-nb中间合金,余量金属cr依次序放入中频真空感应熔炼炉中,将硅粉粉末均匀分散置入中上层,以便硅粉粉末弥散分布于电热合金基体中;熔炼温度分梯度设置为1970℃,保温一段时间4min,1770℃保温5min,1600℃保温3min,待反复熔炼均匀后,随炉冷却即得到了铁铬铝电热合金铸锭。

熔炼电热合金时,将金属铝,工业纯铁,cr-nb中间合金,余量金属铬依次序放入中频真空感应熔炼炉中,将硅粉粉末均匀分散置入中上层,以便硅粉粉末弥散分布于电热合金基体中。依照上述由熔点低至高的放入顺序,下层为低熔点金属,上层为高熔点金属,有利于高熔点金属的快速熔炼,保证了熔炼效率。并且把温度设置为梯度设置,保证了熔炼质量。

熔炼过程中严格控制了碳与氧的含量,保证熔炼均匀,避免这些元素与基体元素以碳化物或者氧化物等脆性夹杂物的形式存在于晶界。避免了铁铬铝合金在拉拔过程中出现脆性断裂问题。铁铬铝碳氧含量控制符合国家标准。

接下来,将熔炼得到的铁铬铝电热合金铸锭通过“拉拔-粗轧-热处理-喷硅粉粉末-进一步粗轧-热处理-精轧-去毛刺缺陷-收卷成品”制成铁铬铝金属箔带。

其具体操作为:对步骤s3制备的铁铬铝合金铸锭进行热锻成棒状,热锻温度选择1100℃,然后进行拉拔成线条状,拉拔后的规格为等规格。最后在进行轧制成薄带。

然后对上述粗制板带进行退火处理,退火可供选择退火方案有辊底退火或者井式炉退火以降低合金硬度,方便后续加工处理。第一次退火温度为750-800℃,保温时间为15-20min。对上述冷加工后的电热合金进行第一次退火处理,通过调控退火温度与保温时间双参数的组合,确保经过退火后的晶粒呈等轴细小晶粒,保证了产品后续加工过程的延展性。

随后需要在粗制板带两面采用超音速喷涂设备(如lp-tcy-ⅱ/iii型的超音速低压冷喷涂设备),在板带两面喷射硅粉粉末,硅粉粉末选择无定型态或者多面体形态;喷涂硅粉粉末过程中,本实施例中,工件表面无需加热,粗制板带传递速度设定为1-6m/min,压缩空气压力5-10个大气压,压缩空气温度200-300℃,压缩空气流量0.3-0.8m3/min,送粉流量10-100g/min,粉末粒径为15-40μm;叶片转速调至1500-1800r/min,保证硅粉粉末均匀镶嵌于铁铬铝板带上。本实施例中的送粉速度选择为100-180g/min。具体根据所需电热合金的电阻率进行设定,待硅粉粉末均匀镶嵌分布在粗制板带两面后,再进行进一步轧制,致使硅粉粉末完全镶嵌在板带中,并与基体组织接触致密,粗制参数压下量控制在5%-8%。轧制速度控制在0.05-0.1m/s。然后对板带进行退火处理退火温度设定为700-750℃,保温20min。最后对板带进行精轧成型处理,精轧压下量控制在0.5%-1%,轧制速度控制在0.03-0.05m/s,裁边打磨去毛刺卷曲成最终成品。

实施例2

本实施例的电热合金的制备方法,以0cr21al6nb合金的成分作为成分调控基础,其合金元素的加入量配比如表1所示。其具体熔炼的操作方法与实施例1基本相同,其不同之处在于:

s1.预先熔炼cr-nb共晶合金时,熔炼温度为2500~2510℃,保温时间为3min,即将cr、nb单质熔炼成熔液。其s2和s3的步骤与实施例1相同制成铁铬铝电热合金铸锭。再将其轧制成薄带,进行第一次退火(再结晶退火)供选择退火方案有辊底退火或者井式炉退火以降低合金硬度,方便后续加工处理。再结晶退火温度为820-850℃,保温时间为10min。

随后需要在粗制板带两面采用超音速喷涂设备,在板带两面喷射硅粉粉末,硅粉粉末选择无定型态或者多面体形态;喷涂硅粉粉末过程中,可选先将薄带和/或硅粉粉末加热600-700℃,本实施例中,先将薄带加热600-900℃;粗制板带传递速度设定为8-15m/min,压缩空气压力5-10个大气压,压缩空气温度500-600℃,压缩空气流量0.3-0.8m3/min,粉末粒径为15-40μm,喷射硅粉粉末过程中,叶片转速调至2000-2200r/min,保证硅粉粉末均匀镶嵌于铁铬铝板带上。具体根据所需电热合金的电阻率进行设定,待硅粉粉末均匀镶嵌分布在粗制板带两面后,再进行进一步轧制,致使硅粉粉末完全镶嵌在板带中,并与基体组织接触致密,粗制参数压下量控制在5%-8%,轧制速度控制在0.05-0.1m/s。然后对板带进行退火处理退火温度设定为750-800℃,保温10min。最后对板带进行精轧成型处理,精轧压下量控制在0.5%-1%,轧制速度控制在0.02-0.04m/s,裁边打磨去毛刺卷曲成最终成品。

实施例3

本实施例的电热合金的制备方法,以0cr21al6nb合金的成分作为成分调控基础,其合金元素的加入量配比如表1所示。其具体熔炼的操作方法与实施例1基本相同,其不同之处在于:s3.熔炼电热合金时,将金属铝,工业纯铁,cr-nb中间合金,余量金属cr依次序放入中频真空感应熔炼炉中,将硅粉粉末均匀分散置入中上层,以便硅粉粉末弥散分布于电热合金基体中;熔炼温度分梯度设置为1950-2000℃,保温一段时间2-4min,1770-1800℃保温3-5min,1600℃-1630℃保温1-3min,待反复熔炼均匀后(可根据具体工艺调整,本实施例为3~5次),随炉冷却即得到了铁铬铝电热合金铸锭。其板带两面进行喷射硅粉粉末的操作步骤为:采用新型高能等离子喷涂设备,主电源额定功率80kw,工作电压30-90v,工作电流100-800a;送粉气体压力0.3-0.5mpa,送粉速度10-180g/min,本实施例中的送粉速度选择为100-180g/min,粉末粒径为150-400目,送粉气体流量0-25l/min,本实施例为10-20l/min;等离子喷枪额定电流150-800a,工作电压30-100v。

实施例4

将市购的0cr21al6nb合金产品,其成分为符合国标的成分配比,总重量为10kg,将0cr21al6nb合金产品进行热锻成棒状,热锻温度选择1100℃,然后进行拉拔成线条状,拉拔后的规格为等规格。最后在进行轧制成薄带。

在薄带两面采用超音速喷涂设备(如lp-tcy-ⅱ/iii型的超音速低压冷喷涂设备)在薄带两面喷射工业硅粉粉末,其喷硅粉粉末的工艺与实施例1相同,得到成品。

对比例1

本对比例中采用与实施例1相同的方案,对铁铬铝电热合金铸锭进行轧制、退火,但不同之处在于不采用板带两面进行喷射硅粉粉末的操作,精轧得到电热合金成品,不进行喷射硅粉的操作。

对比例2

市购的0cr21al6nb合金产品(丹阳市信力合金有限公司的扁带箔厚度1mm,宽度200mm),其成分见表1。

表1

将实施例1~实施例4和对比例1~对比例2及所制备的铁铬铝电热合金产品及市购的0cr21al6nb合金进行性能测试,按照国标测试结果如表2。

表2

由实施例1~实施例3可知,将通过调控合金成分,调控铬元素含量调控了其耐腐蚀性能,抗氧化性能,将cr元素降低,通过调整其他元素的添加量使最终成品的硬度达到215~248hb,电阻率也均突破至2.50μω.m以上,在保证使用性能的前提下,电阻率较原有的现有产品有很大提升。实施例4为直接使用市购的0cr21al6nb合金产品进行轧制和喷硅粉操作,其成品的性能保持了原有的基体的良好性能,并且电阻率达到了2.86μω.m,较现有的最高电阻率1.53μω·m,提高了86.9%,但此种未经调控成分的电热合金成本较高。对比例2是市购的0cr21al6nb合金产品,其电阻率远小于实施例4中的产品。

对比例1与实施例1的调控合金成分方式相同,均为将cr元素调控百分含量为13%,与现有的1cr13al4牌号产品相比,电阻率由现有的1.25μω.m提高到1.32μω.m,但电阻率小于实施例1的调控合金成分后再进行喷射硅粉粉末轧制成型的成品的电阻率。说明成分调控具有一定的优越性,不但能降低cr的使用量,降低成本,而且还能适当提高电阻率。

本实施例1~实施例3的方案通过分开步骤实现了传统工艺路线无法满足的更高性能要求。通过调控合金成分,调控铬元素含量调控了其耐腐蚀性能,抗氧化性能,通过适量添加硅、稀土等合金元素适当提高了合金的电阻率。通过采用喷射硅粉粉末处理,使高电阻率的硅粉粉末均匀镶嵌在铁铬铝合金中,显著提高了合金的电阻率。即继承了铁铬铝的各项优异性能,又显著提高了电阻率,耐腐蚀性能。

此类成型方案,将其用于高电阻率高抗氧化性能中,通过提高铝含量,适当削减铬用量仍能保证合金高电阻率。因此极大地节省成本20%。

此方案提高了电热合金主要性能--高电阻率。为后续电热合金开发与调控提供了有效手段。可适当降低原来用于提高电热合金电阻率而添加的成本较高的金属元素,从而实现成本最大幅度降低。铁铬铝合金cr元素质量百分比与电阻率的一次拟合线图。其电阻率与cr元素含量基本呈正相关,所以可以尽可能降低铁铬率中用于提高电阻率的cr等价格昂贵的金属元素;可以通过成分调控节省合金元素使用成本5%-25%。电阻率大幅度提高,可以使同等发热量场合使用下,电热合金材料使用量大大降低,因此节省了材料使用成本25%-50%。

显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

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