CN1030089C - 铂基高温高强高阻合金 - Google Patents

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Abstract

一种铂基高温高强度阻合金,其特征是所说的合金含有Sc0.2~2.0%,余量为Pt。在所说的合金中还可加入Rh0~40%和/或M0~2%(M=Cr、Mo、Ta中之至少一种)。本合金具有优良的高温力学性能和抗氧化能力,持久强度很高,电阻率较大,生产成本低于Rt-Rh合金。本发明合金可以取代PtRh7、PtRh10合金作玻纤漏板材料和喷丝头材料,还可用作硝酸工业催化网材料。

Description

本发明涉及工程用,特别是玻纤漏板用铂基高温、高强、高阻合金。
在高温、腐蚀性气氛工程中,特别是在玻璃纤维生产中用的漏板材料,需要材料具有优良的高温抗氧化、耐熔融玻璃腐蚀、抗高温蠕变性能;此外,漏板蚶蜗本身作为发热体,还要求其具有较高的电阻率。目前世界玻纤生产中广泛使用的漏板材料,主要是含Rh5~25%的Pt-Rh二元合金。典型的合金是PtRh7、PtRh10、PtRh20,它们分别含有Rh7、10、20%。由于贵金属Rh比Pt更加稀缺而昂贵(近几年Rh价猛涨,曾高达100万元/Kg),而且PtRh合金的高温力学性能也不尽令人满意,所以各国研究人员一直在研究用新的合金取代或部份取代PtRh合金,特别是取代高Rh含量的PtRh合金。Neue Hutte,1980,25(4),145~148[1]一文中,较为详细地研究了添加稀土元素Y对Pt的力学性能和电学性能的影响,根据该文实验结果、在含Y0.02~0.33%的Pt-Y合金中,以含Y0.04~0.13%的Pt-Y合金的综合性能较佳,其在1200℃下1000小时的持久强度σ1000h高于PtRh10和PtRh20合金,但其σ10h和σ100h则低于上述PtRh合低,特别是在1200℃下的蠕变断裂时间更远低于PtRh10,故不理想。U.S.Pat.4123263[2]公开了一种玻纤漏板用铂基合金,其成分为B0.001~0.5%,Zr0.015~1.25%,Rh10~40%,余量为Pt。在其试验温度(2400~2900°F)和应力(600、800、1000磅/英寸2)范围内,该合金在某些选定的成分上,其蠕变速率低于PtRh24合金。该专利还提利,可以用Hf和/或Mg或Y、La、Ti、Nb、Ta中之至少一种(总含量0.01~1.25%)来全部或部分取代合金中的Zr。但该专利中没有高温持久强度数据;合金中含有B和Zr,高温下由于内氧化作用,会降低合金的焊接性能;另外,该合金含Rh量太高,使制造成本增高。中国专利申请CN89106547[3]公开了一种玻纤漏板用铂基耐热合金。该合金含La和/或Ce0.10~0.45%,余量为Pt。在此合金中,还可选择性地加入Rh0~20%。较之前述一些合金,该合金具有类似的高温抗氧化性、抗腐蚀性,但其综合高温力学性能则比前述合金更优,持久强度高。
本发明的目的的之一,在于克服现有技术之不足,提供一种更新的不含Rh的玻纤漏板用铂基高温、高强、高阻合金,其高温抗氧化性和耐蚀性与上述Pt-Rh、Pt-Y、Pt-La和/或Ce相当或更优,但其综合高温力学性能则优于上述合金,电阻率高于上述合金,且其制造成本比PtRh合金低廉。
本发明的另一目的是,对现有PtRh合金加以改进,进一步增强高温抗蠕变能力,用低Rh含量铂合金来代替高Rh含量铂合金,以降低生产成本。
本发明的技术解决方案是,改变合金元素,即通过实验,用优选的合金元素Sc取代或部分取代Rh作为Pt的合金元素,并在合金中适当添加难熔金属元素,以进一步提高合金的高温力学性能和提高合金的电阻率。
本发明的特征是,所说的铂基高温,高强、高 阻合金含有Sc0.2~2.0重量%,余量为Pt,优先推荐含有Sc0.5~1.5重量%的铂基合金;在上述所说的Pt-Sc合金中,还可选择性地加入Rh0~40重量%,优先推荐的含Rh合金的成分为(重量)%):Sc0.5~1.5,Rh3~20,余量为Pt;在上述所说的二元Pt-Sc或三元Pt-Rh-Sc合金中,还可选择性地加入难熔元素M0~2.0重量%,其中M为从Cr、Mo、Ta中选择的至少一种,在上述所说的Pt-Sc-M或Pt-Sc-Rh-M合金中,优先推荐的合金成分为(重量%)Sc0.5~1.5,M0.5~1.5,余量为Pt;或者Sc0.5~1.5,Rh3~20,M0.5~1.5,余量为Pt。
在合金中加入Sc可以显著地提高合金的高温力学性能和电阻率。但是,如Sc含量低于0.2%,则其强化效果不显著;若Sc含量高于2.0%,则会使合金加工困难,性能变坏。过渡难熔元素Cr、Mo、Ta或Pt、Rh、Sc具有相加,甚至相乘(如Cr)的作用,它们使合金的耐热强度和电阻率进一步提高,但如加入量高于2.0%,也会使合金加工困难和使性能变坏。
同现有玻纤漏板材料相比,本发明合金有如下突出优点:
1.本发明的Pt-Sc合金的综合高温力学性能比一般的Pt-Rh合金和现有的Pt-RE合金(RE为Sc以外的稀土元素)显著优良,Pt-Sc合金的σ1000h比Pt-Rh或Pt-RE高2~3倍,可以用Pt-Sc合金取代PtRh7、PtRh10,甚至取代PtRh20合金。
2.Pt-Rh-Sc合金的综合高温力学性能也比现有的Pt-Rh和Pt-Rh-RE合金更优异,其σ1000h高出4~5倍。
3.本发明合金的电阻率较现有的Pt-Rh或Pt-RE合金显著地高,前者为后二者的1.5~3倍,是优良的高温发热体,它在玻纤生产中可节约电力。
4.在Pt-Sc和Pt-Rh-Sc合金中加入Cr、Mo、Ta(特别是Cr),其高温持久强度和电阻率又大幅度提高,性能更加优良。
5.本发明合金通过氧化处理或在高温使用过程中与大气接触,能在表面形成一层致密氧化物保护层,从而阻止了高温下基体金属的挥发。
6.生产成本低,以Pt-Sc合金取代PtRh10合金为例,按现行国内Sc和Rh价计算,1kgPt-Sc合金的生产成本比1kgPtRh10低约6万元,同时可节约Rh0.1kg。
实施例:
将成分如表1所示的合金各组元(纯度≥99.9%)金属粉末混合均匀,压成块、装入刚玉坩蜗中,在真空充氩气条件下用工频炉熔化。熔液注入水冷铜模。Pt-Sc合金用常规方法将铸锭加工成片或丝材;Pt-Rh-Sc合金需在1100~1200℃热锻开坯,然后加工成材。退火丝在1200和1400℃下测定其10、100、1000小时的持久强度σ和电阻率ρ,其结果如表1所示。部分合金丝材在高温内氧化处理后,再测其持久强度和电阻率,其结果如表2。
Figure 921100639_IMG1

Claims (9)

1、一种铂基高温高强高阻合金,其特征在于合金成分(重量)含有Sc0.2~2.0%,余量为Pt。
2、如权利要求1的合金,其特征在于合金成分(重量)含有Sc0.5~1.5%,余量为Pt。
3、如权利要求1或2的合金,其特征在于合金成分(重量)中还加入有Rh0~40%。
4、如权利要求3的合金,其特征在于合金成分(重量)有Sc0.5~1.5%,Rh3~20%,余量为Pt。
5、如权利要求1或2的合金,其特征在于合金成分(重量)中还加入有难熔金属M0~2.0%,M为从Cr、Mo、Ta中选择的至少一种。
6、如权利要求5的合金,其特征在于合金成分(重量)含有Sc0.5~1.5%,M0.5~1.5%,余量Pt。
7、如权利要求3的合金,其特征在于合金成分(重量)中还可加入M0~2.0%。
8、如权利要求7的合金,其特征在于合金成分(重量)中含有M0.5~1.5%。
9、如权利要求7或8的合金,其特征在于合金成分(重量)含有Sc0.5~1.5%,Rh3~20%,M0.5~1.5%,余量Pt。
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