CN101550500A - 氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金，其特征在于组分及重量百分含量如下：铑：1～3％，锆：0.1～0.4％，铂为余量；其中，锆以氧化锆的形式弥散分布于PtRh合金基体中。本发明所涉及的氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金具备制备工艺简单，生产周期短，在保证合金与熔融玻璃液的浸润性能和高温使用寿命要求的同时，还可节约大量昂贵金属铑，降低玻纤生产线资金投入。

Description

氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金

技术领域

本发明涉及一种氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金，具体地说是一种纳米级氧化锆颗粒弥散强化PtRh合金及其制备方法，所制备合金主要用于玻璃及玻纤行业中的高温结构材料。

背景技术

在玻璃纤维生产过程中，现在普遍采用密排多孔铂金漏板来制备玻璃纤维。铂金漏板在高温、低应力和氧化腐蚀性介质条件下工作，这就要求漏板材料具有良好的耐腐蚀性能，更高的高温持久强度和高温瞬时强度，以及更长的高温蠕变寿命。目前玻纤工业中大量使用氧化物弥散强化铂铑合金，其中铑重量百分含量在5～10％，活性元素锆或钇的重量百分含量小于0.5％，余量为铂；此种合金铑含量较高，并且在高温使用环境中铑较铂更容易挥发，采用该种合金的投资和使用成本高。对于弥散强化纯铂材料而言，在玻璃纤维拉丝作业过程中，由于熔融玻璃液与材料的润湿角较大，即两种材料界面的润湿性能好，不利于拉丝作业。因为这两种物质界面之间的润湿角增大后，玻璃液非常溶液聚集在漏咀的边缘，形成漫流，最终导致拉丝作业中断，对拉超细纱时上述症状特别明显。

发明内容

本发明的目的是设计既能满足超细玻璃纤维拉丝作业条件，又能提高高温性能、加工性能和焊接性能的低铑含量的PtRh合金，从而降低成本，缩短生产周期，以满足密排多孔玻璃纤维漏板生产需要。

本发明所涉及的氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金，其组分及重量百分含量如下：铑：1～3％，锆：0.1～0.4％，铂为余量；其中锆以氧化锆的形式弥散分布于PtRh合金基体中。

本发明所涉及的氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金的生产方法是，将纯度为99.95％的铂和铑，以及纯度大于99.7％的锆在中频感应炉中真空充氩气熔炼，炉内压力为2×10^-1～1×10^-4Pa，合金熔液温度在1800～2000℃之间，再将合金溶液浇铸于水冷铜模中形成Pt-Rh-Zr合金铸锭；将形成的Pt-Rh-Zr合金铸锭通过粉末冶金方法将其制备成Pt-Rh-Zr三元合金粉末，并将合金粉末通过“烧结-内氧化”处理，使三元合金粉末中的活性元素锆氧化生成ZrO₂；最后通过热等静压和热锻制备成所需合金材料。

所制备的Pt-Rh-Zr三元合金粉末平均粒径在30μm左右。对于锆含量小于0.4％wt和直径在30μm左右的颗粒而言，充分氧化活性元素锆需4～10小时，一般情况下锆的氧化率能达到95％以上，烧结-内氧化处理温度在500～1200℃之间，氧化气氛为大气气氛。该烧结-内氧化处理的目的是使Pt-Rh-Zr三元合金粉末中的活性元素锆能够进行内氧化生成弥散强化颗粒，同时使粉末之间发生烧结反应并形成烧结球团，以利于后续工序作业。

对经过烧结-内氧化处理后的球团采用热等静压成型，成型时烧结球团的表面温度保持在300～400℃之间，球团心部温度保持在600～700℃之间，成型压力保持在200～300MPa之间。采用热等静压与冷等静压成型相比，可以提高贵金属粉末的利用率，提高坯锭表面质量，减少和减小坯锭裂纹，改善后续热锻过程金锭的表面质量。经过热等静压成型后，材料的密度在13.5～15.5g/cm³之间。

经热压成型的坯锭在热锻过程中，锻件的加热温度在800～1400℃之间。在初次锻造过程中温度控制在1250～1350℃之间，后续各个锻造阶段可以适当降低温度。如果温度过低时，在进行锻造处理时，锻件容易产生裂纹。

按上述工艺进行熔炼、粉末制备、烧结-内氧化、热等静压成型、热锻处理制成合金锭后，对金锭进行冷加工和退火处理，如此反复进行，将金锭轧制成所需厚度的材料。

本发明所涉及的氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金具备制备工艺简单，生产周期短，氧化锆弥散强化PtRh合金于熔融玻璃液的润湿性能恰当，用此合金制作的漏板特别适合于超细玻璃纤维的拉丝作业；采用低铑含量的弥散强化PtRh合金，在保证材料高温使用寿命的同时，还可节约大量昂贵金属铑，降低玻纤生产线资金投入。

附图说明

图1是实施例6铂铑合金基体中弥散颗粒ZrO2大小及分布的SEM像

图2是实施例7中试样拉伸断口形貌的SEM像

图3是比较例10中普通铂铑合金的金相显微组织结构

图4是实施例6中弥散强化铂铑合金的金相显微组织结构

图5是比较例10中普通铂铑合金经退火处理后的金相显微组织结构

图6是实施例6中弥散强化铂铑合金经退火处理后的金相显微组织结构

具体实施方式

本发明所涉及的氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金的制备方法如下：

表1为不同实施例及比较例的材料成分和合金粉末烧结-内氧化工艺参数表。对于实施例1～8而言，按照表1所列成分，将纯度为99.95％的铂和铑元素，以及纯度大于99.7％的锆均匀混合，用现有技术于中频炉中真空充氩熔炼，压力为2×10^-1～1×10^-4Pa，合金熔液温度在1800～2000℃之间，再浇铸于水冷铜模中形成铸锭；将Pt-Rh-Zr三元合金铸锭通过特种粉末冶金方法将其制备成Pt-Rh-Zr三元合金粉末，并将合金粉末通过“烧结-内氧化”处理，使三元合金粉末中的活性元素锆氧化生成ZrO₂，此时氧化锆高度均匀分布于Pt-Rh合金基体中；最后通过热等静压和热锻制备成所弥散强化材料。比较例9～11采用真空熔炼后，制备成所需试样。表2为实施例与比较的材料的室温和高温力学性能。

表1材料成分(以重量％计)和合金粉末烧结-内氧化工艺

表2铂铑合金室温和高温力学性能

由表2可知，在本实施方式中制备的氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金在1250℃、100h破裂应力是纯铂、PtRh3、PtRh5合金的3倍以上，对于实施例6、实施例7和实施例8而言其破裂应力为纯铂的7倍左右。弥散强化低铑含量铂铑合金的在室温状态下的延伸率在30％以上，完全可以满足冷加工需要。

Claims (1)

1.一种氧化锆弥散强化低铑含量铂铑合金，其特征在于组分及重量百分含量如下：铑：1％~3％，锆：0.1％~0.4％，铂为余量；其中锆以氧化锆的形式弥散分布于PtRh合金基体中。

Images