含铬的粉末或粉末颗粒的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种铬含量>80重量百分比(重量％)的粉末或粉末颗粒，其含有2重量％至20重量％的铁、可选最多5重量％的掺杂剂及可选最多2重量％的氧，其中该粉末或粉末颗粒至少部分地包含铬含量>95重量％的富含铬的区域，该富含铬的区域形成含铬的粒子。此外，本发明涉及该粉末或粉末颗粒的用途及生产该粉末或粉末颗粒的方法。
【背景技术】
[0002]能够可选地含有钇的铬铁合金例如用于互连器。互连器(亦称为双极板或集电器)是固体电解质高温燃料电池(亦称为固体氧化物燃料电池、高温燃料电池或SOFC (So 1 i dOxide Fuel Cell))的重要组件。通常通常在650°C至1000°C的操作温度下操作固体电解质高温燃料电池。电解质由固体陶瓷材料组成，该固体陶瓷材料能够传导氧离子，但对电子有绝缘作用。例如，将经掺杂的氧化锆用作电解质材料。传导离子及电子的陶瓷用于阴极及阳极，例如掺杂有锶的锰酸镧(LSM)用于阴极且镍锆氧化物(掺杂)金属陶瓷用于阳极。将互连器排列在单个电池之间，其中将电池、可选地提供的接触层及互连器堆叠形成堆栈。互连器使个别电池串联连接且因此收集在电池中产生的电。此外，互连器以机械的方式支撑电池并且确保分离及导引阳极及阴极侧上的反应气体。互连器在高温下经受氧化环境以及还原环境。这需要相应较高的耐腐蚀性能。此外，互连器从室温直到最高使用温度的热膨胀系数必须非常适应电解质材料、阳极材料及阴极材料的热膨胀系数。其他要求为气密性、高的且恒定的电子传导性及在使用温度下的尽可能高的导热性。通过向铬中添加铁，可能使铬合金的热膨胀系数适应邻接组件的热膨胀系数。通过使钇形成合金，改良耐腐蚀性能。为了实现高功能性，所有合金组分的精细分布是必需的。这例如通过在高能研磨机中例如24至48小时以机械的方式使含有合金组分的粉末混合物形成合金来实现。在此缺点在于，由碾磨所造成的有棱角的粉末形状和高的冷作硬化及因此引起的粉末的高硬度，这些缺点对压缩性能和生坯强度有不利影响。此外，该方法与高处理成本有关。
[0003]至少部分地避免该缺点为EP 1 268 868(A1)的目标，EP 1 268 868(A1)描述一种铬合金粉末的生产方法，该铬合金粉末含有例如铬、铁及钇。在此，将铬粉末与铁钇母合金掺混。此方法在降低处理成本的情况下提供具有明显的改良的压缩性能的粉末。在通过惰性气体雾化过程生产铁钇母合金期间，虽然钇极其精细地分布在铁粉中，但钇在铬中或铁在铬中分布不精细。只能通过较长的烧结时间实现用于高功能性所需的铁的均质化。此外，根据EP 1 268 868(A1)的粉末只能在高压下压缩到足够的高生坯强度或密度，因为铬粉末通常通常以铝热方式还原并且以机械的方式碾碎，该过程伴随着高硬度及平滑的表面的产生。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种粉末或粉末颗粒，可使用通常的粉末冶金方法以低成本的方式将其加工成部件，并且其中合金组分均质分布。为了确保粉末或粉末颗粒的低成本的生产以及高的功能性，前提在于粉末或粉末颗粒的高可浇铸性(以确保无故障自动填充模具)、良好的可压缩性、高的生坯强度(以确保无故障处理压坯)及以尽可能短的烧结时间使合金组分均质分布。此外，合金组分的均质分布特别对腐蚀性能和膨胀性能的过程恒定的设定具有有利影响。在此，良好可压缩性可在与现有技术的粉末相比相对较低的压缩压强下实现，因为这对投资成本(随着压缩力增加而增加的压力机成本)以及工具成本(较少的工具磨损)产生有利影响。此外，本发明的目的在于提供一种粉末或粉末颗粒，使用该粉末或粉末颗粒通过粉末冶金制造技术以简单及低成本的方式生产具有高功能性(例如合适的热膨胀系数、高耐腐蚀性)的部件。另一目的在于提供一种方法，使用该方法可以简单的方式、过程恒定的并且以低成本的方式生产根据本发明的粉末或粉末颗粒。
[0005]通过独立权利要求实现该目的。在从属权利要求中阐述本发明的特别有利的设计方案。
[0006]在此将粉末理解为多个粒子，其中粒子又可由一次粒子及与该一次粒子连接的二次粒子组成。若粒度较小，这样对于进一步粉末冶金加工可以是有利的，即将多个粉末粒子转化成粉末颗粒，多个粉末粒子又可由一次粒子及二次粒子组成。因此粉末颗粒粒子可由多个粒子组成。该粒子可以不通过或通过一种或多种其他组分(例如黏合剂)以材料配合的方式相互连接。粉末粒子或粉末颗粒粒子的尺寸称为粒度且通常通常通过激光衍射测定法测量。将测量结果表示为分布曲线。在此，d5Q值表示平均粒度。d5Q表明50%粒子小于指定值。
[0007]根据本发明的粉末或粉末颗粒含有2重量％到20重量％铁、可选最多5重量％的掺杂剂、可选最多2重量％的氧及>80重量％的铬及通常的污染物。在此，通常的、与过程相关的污染物例如为硅、铝、钙、钒及钠，其中各个含量通常<500yg/g。若铬含量小于80重量%，则对于许多应用而言，不再确保足够高的耐腐蚀性。通过添加2重量％至20重量％的铁，可以以简单的方式调节部件的热膨胀系数到许多应用上，同时不以不允许的方式使耐腐蚀性恶化。若铁含量小于2重量％，则合金的膨胀系数对于许多应用而言过低。铁含量大于20重量％此外对腐蚀性能有不利影响。粉末或粉末颗粒优选包含铁含量>40重量％，优选>6重量％的富含铁的区域。富含铁的区域优选又以含铁的粒子的形式存在。因为在铁粉的生产中，起始产物为铁氧化物，所以铁氧化物粉末能够以低成本的方式获得。若富含铁的区域以铁氧化物形式存在，则可以以简单的以及低成本的方式通过粉末的或压缩的部件的热处理(例如整合到烧结过程中)在还原环境中还原该铁氧化物。若铁以非结合/元素的形式存在，则富含铁的区域的优选铁含量为>90重量％，特别优选为>98重量％。
[0008]此外，粉末或粉末颗粒可可选含有最多5重量％的掺杂剂。在此，优选掺杂剂的含量为0.005重量％到5重量％。优选地，至少一种掺杂剂选自由钪、钇、镧系元素、钛、锆及铪组成的组。就铬而言，根据本发明的掺杂剂造成高温腐蚀性能的明显改良。含量大于5重量％不造成耐腐蚀性的进一步明显增加且对可压缩性及成本有不利影响。在小于0.005重量％下，腐蚀性能仅相对于无掺杂剂的材料稍微改良特别有效的掺杂剂为钇，其中特别优选含量为0.01重量％到1重量％。
[0009]优选合金组成物为2重量％至20重量％的铁，可选最多5重量％的至少一种从由钪、钇、镧系元素、钛、锆及铪组成的组中选择的掺杂剂，可选最多2重量%的氧以及剩余的铬和通常的污染物，其中铬含量>80重量％。另一优选合金组成物为2重量％至20重量％的铁，0.005重量％到5重量％的至少一种选自由钪、乾、镧系元素、钛、错及給组成的组的掺杂剂，0.002重量％至2重量％的氧及剩余的铬和通常的污染物，其中铬含量>80重量％。另一优选合金组成物为2重量％至20重量％铁、0.002重量％至2重量％的氧及剩余的铬和通常的污染物，其中铬含量>80重量％。另一优选合金由3重量％至10重量％，特别优选3重量％至7重量％的铁、可选最多2重量％氧以及其余铬和通常污染物组成，其中铬含量>80重量％。另一特别优选合金由3重量％至10重量％，特别优选3重量％到7重量％的铁、0.005重量％至5重量％的钇、0.002重量％到2重量％的氧以及剩余的铬和通常的污染物组成，其中铬含量>80重量％。
[0010]在此，粉末或粉末颗粒具有铬含量>95重量％的至少部分地富含铬的区域，该富含铬区域形成含铬的粒子。富含铬区域至少部分地由富含铬的相组成。下文中富含铬的区域及富含络的相意思相同。络含量>95重量％的富含络的相表示溶解元素的比例< 5重量％。大部分(>90重量％ )铬优选以铬>95重量％的富含铬的相形式存在。在此具有较低铬含量的区域可为富含铬的区域/富含铁的区域的过渡带。可将其他相的组分，例如掺杂剂嵌入富含铬相中。在分析富含铬相中的铬含量时不将掺杂剂考虑在内。若溶解的元素的含量>5重量％ (铬含量〈95重量％)，则该区域具有过高的硬度，其对压缩性能、工具使用寿命及压机的投资成本有负面影响。
[0011]富含铬的区域形成粒子(下文亦称为含铬的粒子或仅称为粒子)。如所提及，颗粒粒子可包含多个粒子。对本发明为必要的是，含铬的粒子或颗粒粒子至少部分地具有孔。在此就颗粒粒子而言，粒子优选