CN100500898C - 一种强化铂材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用氧化锆弥散强化铂的方法，该方法在铂或铂铑合金中加入氧化锆替代了铂铑合金或减少了铂铑合金中铑的含量，并使铂或铂铑合金高温抗蠕变强度得到了很大的提高，该方法生产的弥散强化铂材料机械性能指标(退火态)如下：极限强度σb≥200MPa，延伸率δ≥20%；高温蠕变性能：应力断裂强度≥20/10MPa(1200/1400℃，1000小时)。

Description

一种强化铂材料及其制造方法

所属技术领域

本发明涉及一种生产贵金属铂材料的强化方法，尤其能使铂的高温强度和抗蠕变性能得到很大的加强。这种铂材料主要应用在玻璃纤维池窑拉丝漏板及光学玻璃、晶体生长用的坩埚等领域。

背景技术

众所周知，铂由于具有很高的化学稳定性，尤其在高温氧化性气氛下，所以用途极其广泛。但它也存在着不足，在高温环境下使用，強度低，容易产生蠕变变形，及早失效，影响使用寿命。因此，目前多采用铂铑合金材料，但铑昂贵，近一年多来铑的国际市场价格不断上涨，已达到每公斤人民币一百伍拾万左右，如何提高铂高温持久强度和抗蠕变性能，降低成本，一直以来是人们想解决的问题。

采用稳定的氧化物颗粒弥散分布于基体铂或铂铑合金中，由于其能有效地减少位错迁移和稳定晶界结构，使材料在0.8～0.9Tm温度下的蠕变及应力破坏强度大大提高。从70年代以来，人们开始了这种弥散强化铂及其合金的研究，但均采用繁复昂贵的粉末冶金法[1，2]和共沉淀法[3]等工艺生产。如中国专利公开(公告)号：CN1745185，公开(公告)日：2006.03.08，日本田中贵金属工业株式会社及中国专利申请号CN01801804.1(2002)，田中贵金属工业株式会社即是采用上述方法。

所述粉末冶金法为：是将Pt-Zr或Pt-Rh-Zr合金(Zr含量为0.1～0.6％wt)，通过冷加工(如球磨)或热加工(如利用火焰喷枪将合金丝雾化喷射)得到合金粉末，然后通过氧化处理使合金中的锆充分氧化生成氧化锆强化相，再进行压制和烧结，最后在高温下锻打最终获得致密的强化铂材料。其工艺复杂，周期长，铂损耗大。

所述共沉淀法为：将铂粉倒入水中，制备铂粉悬浮液，在其中再加入硝酸锆溶液和尿素溶液，形成载有氢氧化锆的铂粉，然后将其收集压制，最后进行烧结和锻造得到铂锭，并进行冷加工和再结晶处理得到强化强化铂材料。这种方法同样也存在时间周期长等不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种强化铂的制造方法。以克服现有技术的缺点，是一种简单高效的弥散铂制造方法。制备的材料具有优良的高温持久强度和抗蠕变性能。

本发明所采取的技术方案是：一种强化铂材料，在Pt或Pt-Rh合金中加入锆，采用内氧化方法，使基体材料铂中的锆充分氧化形成ZrO2强化相，来强化铂；其成份含有质量百分比为：0.1～0.6％wt的Zr，其余为Pt；或为0.1～0.6％wt的Zr，2～10％wt的Rh，其余为Pt。

所述的一种复合层状结构，外层可以是铂，中间是弥散强化铂。

一种强化铂材料的制造方法，把使含有Zr的Pt或Pt-Rh合金，轧到小于0.5mm厚的薄板，采用内氧化方法，即在空气中加热，使其中的Zr充分氧化形成细小均匀弥散分布的ZrO₂强化相，然后裁剪打包，通过热静压复合轧成致密的坯料，然后加工成所需的制品。

具体步骤如下

1)熔铸：将纯铂和高纯锆料装入用非金属氧化物制备的坩埚，用真空高频感应炉充入保护气体加热熔炼；然后在保护气氛下浇铸，得到含有金属锆的铂锆或铂铑锆合金，锆的含量在0.1％～0.6％；

2)锻造轧板：将铸锭经过清洗，切除疏孔和缩孔；在900～1000℃下热锻成坯，然后冷轧成小于0.5mm厚的薄板，需要中间退火，退火温度800～900℃，时间10～30分钟；

3)内氧化处理：将步骤2轧好的薄板，在大气中加热到800～1000℃保温30小时或更长，进行内氧化处理，使基体材料铂或铂铑合金中的金属锆充分氧化形成ZrO₂弥散强化相；

4)热静压复合：将经内氧化处理过的薄板，清洗，剪裁打包：外层可以是纯铂，里层是弥散强化铂。然后进行热静压复合；对热静压复合的板，先热轧两道次，热轧温度为900～1100℃，道次加工量在10～20％，然后冷轧至适用厚度，需要中间退火，退火温度800～900℃，时间10～30分钟。

所述的强化铂材料的制造方法中的步骤4热静压复合是在1000～1200℃，压力10～30MPa，静压20～50分钟。

所述强化铂材料的用途是用于单晶生长坩埚。单晶生长坩埚是将强化铂材料经旋压制成。

本发明的有益效果是：强化铂材料适用于单晶生长坩埚，以及适用于玻璃纤维池窑拉丝漏板及光学玻璃等高温领域。与传统铂及其铂铑合金材料等相比，具有高温综合性能优异，性价比高，使用寿命长，以及生产工艺简单灵活等优点。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明生产锆弥散强化铂的工艺流程图；

图2是复合强化铂示意图。

如图1所示，弥散强化铂生产工艺过程是：将事先备好的Pt和Zr

装炉抽真空

充入保护气体

升温熔化

浇铸

热煅成毛坯

轧板(中间需退火)

内氧化处理

打包热静压复合

精轧成板。

实施例：本实施例包含用本发明的强化铂材料制备成单晶生长坩埚。

一.熔铸：

①如图1：将预先准备的纯铂和高纯锆料装入用非金属氧化物制备的坩埚，用真空高频感应炉加热熔炼。先开启真空泵，抽出炉内空气，充入保护气体氩气；②然后开启高频电源，升温至熔化，并静置数分钟，然后在保护气氛下浇铸，得到含有金属锆的铂锆合金，锆含量为0.36％wt。

二、锻造轧板：

①铸锭经过清洗，切除疏孔和缩孔；

②在900℃下热锻开坯，以提高加工性能；

③然后冷轧到0.4mm厚的薄板，需要进行中间退火，退火温度860℃，时间20分钟，道次加工量控制在不大于20％。

三、内氧化处理：

将预先轧好的薄板，置入电阻炉中，在大气下870℃，保温30小时，使铂中的金属锆充分氧化形成ZrO₂弥散强化相；

四、热静压复合

①经内氧化处理过的薄板，清洗，剪裁打包：外层是纯铂，中间是弥散强化铂共计5层，如图2；

②热静压复合，在1200℃，20MPa下静压30分钟；

③对热静压复合的板，在920℃，热轧两道次，道次加工量为15％；然后冷轧至厚度0.5mm，需要进行中间退火，退火温度860℃，时间30分钟，道次加工量不大于20％。

五、旋压

将轧好的薄板，经过多道工序成形模具旋压，每道工序间需要退火，退火温度为860℃，时间30分钟。最终旋压成用于铌酸锂LN单晶生长的坩埚。

Claims (5)

1、一种强化铂材料，其成份含有质量百分比为：0.1～0.6％wt的Zr，其余为Pt；或为0.1～0.6％wt的Zr，2～10％wt的Rh，其余为Pt；其特征是：强化铂材料是一种由若干层弥散强化铂经热静压复合而成的层状结构；或者外层是铂层，中间是与铂层复合在一起的层状弥散强化铂。

2、一种权利要求1所述强化铂材料的制造方法，其特征是：把使含有Zr的Pt或Pt-Rh合金铸锭，轧到小于0.5mm厚的薄板，通过内氧化，使其中的Zr充分氧化形成细小均匀弥散分布的ZrO₂强化相；然后裁剪打包，通过热静压复合轧成致密的坯料，以备应用；

具体步骤如下：

(1)熔铸：将纯铂或铂铑合金和高纯锆料装入用非金属氧化物制备的坩埚，用真空高频感应炉充入保护气体加热熔炼；然后在保护气氛下浇铸，得到含有金属锆的铂锆或铂铑锆合金，锆的含量在0.1％～0.6％；

(2)锻造轧板：将铸锭经过清洗，切除疏孔和缩孔；在900～1000℃下热锻成坯，然后冷轧成小于0.5mm厚的薄板，需要进行中间退火；

(3)内氧化处理：将步骤2轧好的薄板，在大气中加热保温处理使基体材料铂或铂铑合金中的金属锆充分氧化形成ZrO₂弥散强化相；

(4)热静压复合：将经内氧化处理过的薄板，清洗，剪裁打包：外层是纯铂，中间是弥散强化铂；再热静压复合；然后对热静压复合的板，热轧两道次，然后冷轧至适用厚度，并进行中间退火。

3、根据权利要求2所述的强化铂材料的制造方法，其特征是：内氧化处理温度为800～1000℃。

4、根据权利要求2所述的强化铂材料的制造方法，其特征是：步骤4热轧温度为900～1100℃，道次加工量为10～20％。

5、根据权利要求2所述的强化铂材料的制造方法，其特征是：步骤4热静压复合是在温度1000～1200℃，压力10～30MPa下，静压20～50分钟。

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