CN103539349A - 一种非铂族耐高温合金漏板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非铂族耐高温合金漏板及其制备方法，该合金漏板是以镍(Ni)、钴(Co)、钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)、钽(Ta)等为大量添加元素，以钼(Mo)、铼(Re)、钛(Ti)等为少量添加元素，以碳(C)、铪(Hf)、硼(B)等为微量添加元素，再辅以纳米稀土铈(Ce)和纳米稀土氧化物氧化钇(Y₂O₃)和氧化镱(Yb₂O₃)复合弥散强化，形成一种非铂族耐高温合金漏板。该合金漏板不含铂族金属，并且具有良好的耐高温抗氧化性能、高温力学性能和较高的持久强度极限，可用于离心玻璃纤维生产。

Description

一种非铂族耐高温合金漏板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐高温合金漏板及其制备方法，特别是涉及一种用于离心玻璃纤维生产的非铂族耐高温合金漏板及其制备方法。

背景技术

采用离心喷吹工艺生产的玻璃纤维称为离心玻璃纤维(也叫玻璃棉)。离心喷吹工艺是将熔融的玻璃液通过漏板引入到侧壁带有许多规则微孔的离心盘中，通过离心盘的高速旋转使玻璃液从离心盘侧壁孔隙中甩出，形成一次玻璃纤维，再通过高温燃气喷吹拉丝形成二次玻璃纤维，即离心玻璃纤维。离心玻璃纤维具有纤维直径细、导热系数低、吸声性能好、电绝缘性能好、弹性系数高、吸水率低、耐化学腐蚀和A级不燃等特点，被广泛的应用于机电、冶金、石油、化工、建筑和航空航天领域。漏板是制造离心玻璃纤维的必须部件，漏板在离心玻璃纤维生产时，需要承受约1100℃的高温侵蚀。它的质量优劣直接影响纤维质量以及生产成本。随着玻璃纤维工业的发展，制备离心玻璃纤维漏板的材料，由最初的纯铂(Pt)、铂-铑(Pt-Rh)合金发展为目前的铂基弥散强化合金和表面涂有涂层的铂基合金。

中国专利CN101956093B公开了一种氧化物弥散强化铂基合金及其制备方法。该发明所述的合金是以铂铑合金为基体材料，以硼的氧化物和饵的氧化物，以及镧和锆中至少一种的氧化物为弥散强化相强化铂铑合金基体，该合金材料具有良好的冷加工性能和焊接性能，以及高的持久强度极限和蠕变极限，但是制备这种材料需要大量铂铑合金。

中国专利CN101638294B公开了一种降低铂金漏板使用损耗的涂层及其制备方法。该发明通过涂层粉、苏州土和蒸馏水配比形成一种涂料，将涂料涂在铂金漏板上后，进行烘烤、保温、冷却后在铂金漏板表面形成致密的搪瓷薄层。采用该发明的漏板涂层能减少铂金的使用损耗，以此降低生产成本，但是这种漏板涂层仍然要以铂金漏板为基材。

目前，漏板的材质、结构和制造技术有了长足的进步，但是一直都摆脱不了以铂族金属为基材的现状。铂族金属以其特别可贵的性能(熔点高、强度大、电热性能稳定、抗腐蚀性优良等)和资源珍稀而著称，与金、银合称“贵金属”。目前全球铂金储量仅为1.8万吨，而铑储量不到铂金储量的10％，中国的铂、铑总储量更是不到全球的1％，因此铂族金属是中国极其短缺的战略资源之一，价格也非常昂贵。目前玻璃纤维厂很大一部分投资用于购买铂族金属漏板，随着世界玻璃纤维行业的不断发展，制备出一种可以替代铂族金属材料的合金漏板具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供了一种非铂族耐高温合金漏板及其制备方法，该漏板不含铂族金属，并且具有良好的耐高温抗氧化性能、高温力学性能和较高的持久强度极限。

为实现本发明的目的采用的技术方案是：提供一种非铂族耐高温合金漏板，其特征是以镍(Ni)、钴(Co)、钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)、钽(Ta)等为大量添加元素，以钼(Mo)、铼(Re)、钛(Ti)等为少量添加元素，以碳(C)、铪(Hf)、硼(B)等为微量添加元素，再辅以纳米稀土铈(Ce)和纳米稀土氧化物氧化钇(Y₂O₃)和氧化镱(Yb₂O₃)复合弥散强化，形成一种非铂族耐高温合金漏板。

该合金漏板以W、Ta、Re部分替代了传统的高Cr含量合金，该合金漏板的组成(重量百分含量)为：6％～10％的Co，6％～10％的W，低达5％～8％的Cr，4％～6％的Al，高达6％～9％的Ta，2％～4％的Mo，2％～4％的Re，1％～2％的Ti，0.02％～0.3％的C，0.1％～0.5％的Hf，0.1％～0.5％的B，0.1％～0.5％的Ce，Y元素与Yb元素之和占总重量的0.1％～0.6％，其余为Ni。

上述组成中，当Cr含量小于或等于6％时，Ta含量需大于7.5％，并且W、Ta、Re之和大于15％。上述原材料纯度均不小于99.9％，其中Y₂O₃和Yb₂O₃纯度不小于99.95％，Y₂O₃和Yb₂O₃颗粒度小于100nm，Ce颗粒度小于100μm。

本发明还公开了一种上述合金漏板的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)以Ta为基体加入W和Hf真空熔炼为中间合金，配比为6％～9％的Ta，6％～10％的W和0.1％～0.5％的Hf；

(2)将上述的中间合金与6％～10％的Co，5％～8％的Cr，4％～6％的Al，2％～4％的Mo，2％～4％的Re，1％～2％的Ti，0.02％～0.3％的C，0.1％～0.5％的B，0.1％～0.5％的Ce，0.1％～1％的(Y+Yb)，其余为Ni，混合后，在行星式高能球磨罐中球磨2h～10h，料球比为1∶(3～5)，转速为80rad/min～160rad/min；

(3)将上述球磨后原料在真空感应炉中熔炼，压力为0.001～0.1Pa，熔炼温度为1900℃～2200℃；

(4)熔体过热温度达到150℃～300℃后，进行喷射成型工艺，工艺流程为：金属液雾化-液滴高速飞行-液滴与模具碰撞变形及凝固成型。其中，喷射高度为200mm～450mm，惰性气体雾化气压为1.5MPa～3MPa，雾化颗粒尺寸在1～200μm范围内，熔体冷却速度为10³～10⁵K/s；

(5)上述喷射过程主要包括雾化、沉积和固态冷却三个阶段。在雾化阶段，熔融合金液体在高速惰性气体的冲击下被破碎成雾化液滴，同时获得了很高的冷却速度，其中一部分液滴发生了快速凝固，生成树枝状的γ相基体，另一部分在沉积瞬间处于半凝固状态，由于高速气流的冲击作用，半凝固状态液滴对凝固状态的γ相基体产生很大的冲击力，使已凝固的树枝状γ相基体发生机械破碎和枝晶熔断，剩余富含Ce、Y、Yb等稀土元素以及Co、Cr、Ta的液相充填在上述破碎和熔断周围空间使之生长，完成凝固过程。

(6)上述凝固的合金漏板经过真空固溶处理和时效处理后得到非铂族耐高温合金漏板，其中，固溶处理温度为800℃～1200℃，时效处理时间为2h～8h，优选固溶处理温度为1150℃，优选时效处理时间为5.5h。

应用效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)以常见的Ni金属为基体制备多元合金漏板，避免了传统方法必须以铂族金属为漏板才能制备离心玻璃纤维的弊端，可以有效地降低产品成本。

(2)该合金漏板以W、Ta、Re部分替代了传统的高Cr含量合金，具有熔点高、抗氧化性能好的优点。

(3)该合金漏板以稀土铈(Ce)和纳米稀土氧化物氧化钇(Y₂O₃)和氧化镱(Yb₂O₃)复合弥散强化，通过纳米弥散强化颗粒可大大提高合金漏板的高温力学性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例

以2160克Ni、360克Co、280克Cr、200克Al、120克Mo、120克Re、60克Ti、16克B、16克Ce、25克Y₂O₃和Yb₂O₃、652克由49％W、49％Ta和2％的Hf组成的中间合金为原料，以料球为1∶4的比例，经过时间为4h，转速为100rad/min的高能球磨机球磨后，将原料在中频真空感应炉中熔炼成合金溶液。溶液经过雾化-液滴高速飞行-液滴与模具碰撞变形及凝固成型工艺得到合金漏板初成型体(喷射高度为300mm，惰性气体雾化气压为2MPa，雾化颗粒尺寸在1～200μm范围内，熔体冷却速度为10⁴K/s)，再将合金漏板初成型体置于真空炉中经过1100℃，4h的固溶时效处理后制备成耐高温合金漏板。

上述仅为本发明的单个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种非铂族耐高温合金漏板，其特征是以镍(Ni)、钴(Co)、钨(W)、铬(Cr)、铝(Al)、钽(Ta)等为大量添加元素，以钼(Mo)、铼(Re)、钛(Ti)等为少量添加元素，以碳(C)、铪(Hf)、硼(B)等为微量添加元素，再辅以纳米稀土铈(Ce)和纳米稀土氧化物氧化钇(Y₂O₃)和氧化镱(Yb₂O₃)复合弥散强化，形成一种非铂族耐高温合金漏板。

2.根据权利要求书1所述的合金漏板，其特征在于该合金漏板以W、Ta、Re部分替代了传统的高Cr含量合金，该合金漏板的组成(重量百分含量)为：6％～10％的Co，6％～10％的W，低达5％～8％的Cr，4％～6％的Al，高达6％～9％的Ta，2％～4％的Mo，2％～4％的Re，1％～2％的Ti，0.02％～0.3％的C，0.1％～0.5％的Hf，0.1％～0.5％的B，0.1％～0.5％的Ce，Y元素与Yb元素之和占总重量的0.1％～0.6％，其余为Ni。

3.根据权利要求书2所述的合金漏板的组成，其特征在于当Cr含量小于或等于6％时，Ta含量需大于7.5％，并且W、Ta、Re之和大于15％。

4.根据权利要求书2所述的合金漏板的组成，其特征在于原材料纯度均不小于99.9％，其中Y₂O₃和Yb₂O₃纯度不小于99.95％，Y₂O₃和Yb₂O₃颗粒度小于100nm，Ce颗粒度小于100μm。

5.本发明还公开了一种制备上述合金漏板的方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)以Ta为基体加入W和Hf真空熔炼为中间合金，配比为6％～9％的Ta，6％～10％的W和0.1％～0.5％的Hf；

(2)将上述的中间合金与6％～10％的Co，5％～8％的Cr，4％～6％的Al，2％～4％的Mo，2％～4％的Re，1％～2％的Ti，0.02％～0.3％的C，0.1％～0.5％的B，0.1％～0.5％的Ce，0.1％～1％的(Y+Yb)，其余为Ni，混合后，在行星式高能球磨罐中球磨2h～10h，料球比为1∶(3～5)，转速为80rad/min～160rad/min；

(3)将上述球磨后原料在真空感应炉中熔炼，压力为0.001～0.1Pa，熔炼温度为1900℃～2200℃；

(4)熔体过热温度达到150℃～300℃后，进行喷射成型工艺，工艺流程为：金属液雾化-液滴高速飞行-液滴与模具碰撞变形及凝固成型。其中，喷射高度为200mm～450mm，惰性气体雾化气压为1.5MPa～3MPa，雾化颗粒尺寸在1～200μm范围内，熔体冷却速度为10³～10⁵K/s；

(5)上述喷射过程主要包括雾化、沉积和固态冷却三个阶段。在雾化阶段，熔融合金液体在高速惰性气体的冲击下被破碎成雾化液滴，同时获得了很高的冷却速度，其中一部分液滴发生了快速凝固，生成树枝状的γ相基体，另一部分在沉积瞬间处于半凝固状态，由于高速气流的冲击作用，半凝固状态液滴对凝固状态的γ相基体产生很大的冲击力，使已凝固的树枝状γ相基体发生机械破碎和枝晶熔断，剩余富含Ce、Y、Yb等稀土元素以及Co、Cr、Ta的液相充填在上述破碎和熔断周围空间使之生长，完成凝固过程。

(6)上述凝固的合金漏板经过真空固溶处理和时效处理后得到非铂族耐高温合金漏板，其中，固溶处理温度为800℃～1200℃，时效处理时间为2h～8h，优选固溶处理温度为1150℃，优选时效处理时间为5.5h。