CN104087786A - 一种镍铬电热复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合材料，特别是一种镍铬电热复合材料及其制备方法。所述复合材料由锗、硅、钛、硼、铈、碳、钴作为添加剂加入到镍铬合金中经冶炼制备而成，所述复合材料的室温电阻率达1.8Ωmm2/m。所述制备方法包括：制备添加剂、熔化镍铬合金、熔炼、均匀化退火、热轧盘条、多道次拉拔和拉拔后退火等工艺。本发明制备的材料成品具有较高电阻率、高温强度、优异抗氧化性及更小的热膨胀系数，克服了现有技术中的不足，具有良好的工业应用前景。
Description
技术领域：
本发明涉及一种复合材料，特别是一种镍铬电热复合材料及其制备方法。
背景技术：
电热合金材料是利用物质的电阻特性制造发热体的电阻合金。目前使用的电热合金主要分为两大类：镍铬合金(如Ni20Cr8)和铁铬铝合金(如0Cr25Al)。镍铬合金不仅价格昂贵，而且当使用温度超过1000℃时，其抗氧化能力显著下降。铁铬铝合金比镍铬合金有一系列优点，如允许使用温度高、电阻率高、易于热冷加工等，但它有致命的弱点，脆性强，特别是高温使用后变脆。其不仅限制了使用范围，也严重地缩短了使用寿命。因此，上述两种合金在高温下使用时，都不能很好的满足当前工业产品的需要。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有较高电阻率、高温强度、优异抗氧化性及更小的热膨胀系数的镍铬电热复合材料及其制备方法。
一种镍铬电热复合材料，其特征在于，所述复合材料由锗、硅、钛、硼、铈、碳、钴作为添加剂加入到镍铬合金中经冶炼制备而成，所述复合材料的室温电阻率达1.8Ωmm2/m，所述添加剂的质量配比为：氧化锗9-12％、二氧化硅20-23％、硼化钛6-8％、氧化铈6-8％、碳化硅35-45％，余量为氧化钴；所述镍铬合金与添加剂的质量配比为100∶7～9；所述镍铬合金组成为：Al：4-6％、Cr：23-24％、Hf：0.7-1％、Zr：1-3％、Zn：0.4-0.6％、Ti：0.5-0.7％，余量为镍和不可避免的杂质。
所述添加剂的质量配比优选为：氧化锗11％、二氧化硅22％、硼化钛7％、氧化铈7％、碳化硅41％，余量为氧化钴。所述镍铬合金与添加剂的质量配比优选为100∶8。所述镍铬合金组成为：Al：5％、Cr：23.4％、Hf：0.8％、Zr：2％、Zn：0.5％、Ti：0.6％，余量为镍和不可避免的杂质。
上述镍铬电热复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)制备添加剂，按照权利要求1所述的添加剂质量配比进行称量，将其混合后研磨16-24h，平均粒径控制在0.05-0.08mm；
(2)熔化镍铬合金，在高真空条件下熔化，熔化后进行吹氧脱碳，后进行高真空沸腾，沸腾时间大于10min，所述镍铬合金组成为：Al：4-6％、Cr：23-24％、Hf：0.7-1％、Zr：1-3％、Zn：0.4-0.6％、Ti：0.5-0.7％，余量为镍和不可避免的杂质；
(3)使用加料钳将研磨好的添加剂加入合金液中，在1750℃条件下沸腾10min，静置后浇铸成铸锭，所述镍铬合金与添加剂的质量配比为100∶7～9；
(4)均匀化退火：将铸锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10-3Pa、温度900℃下保温24小时后随炉冷却；
(5)热轧盘条：将均匀化退火后的试样进行热轧盘条，热轧温度：1100℃-1200℃，开轧温度：1200℃，终轧温度大于950℃，每道次变形量≤15％；
(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔，每道次变形量≤10％；
(7)拉拔后退火，温度850～900℃，时间10～16h，最终得到符合规格的镍铬电热复合材料成品。
本发明制备的镍铬电热复合材料具有较高电阻率、高温强度、优异抗氧化性及更小的热膨胀系数。基于硅和锗特殊的原子结构和核外电子分布，二氧化硅和氧化锗能够有效的提高复合材料的电阻率；氧化铈能够提高各种元素在基体中的分散能力，避免出现颗粒集聚；以硼化钛的形式引入硼元素能够为液态合金提供形核基础，有效的细化晶粒，改善微观组织；氧化钴能够促进添加剂粉末与合金液的交融，避免添加剂的漂浮和沉淀；碳化硅能够起到弥散强化的作用，在高温下对位错滑移形成阻碍，有效地提高合金高温下的强度，同时提高合金的高温抗氧化性。由于碳化硅的热膨胀系数远小于镍铬合金基体，因此碳化硅的存在也能有效的减低镍铬电热复合材料的热膨胀系数。
具体实施方式：
下面通过实施例进一步阐述和理解本发明。
按照如下方法制备实施例：
(1)制备添加剂，按照氧化锗11％、二氧化硅22％、硼化钛7％、氧化铈7％、碳化硅41％，余量为氧化钴的质量配比进行称量，将其混合后研磨22h，平均粒径控制在0.06-0.07mm；
(2)熔化镍铬合金，在高真空条件下熔化，熔化后进行吹氧脱碳，后进行高真空沸腾，沸腾时间大于10min，所述镍铬合金组成为：Al：5％、Cr：23.4％、Hf：0.8％、Zr：2％、Zn：0.5％、Ti：0.6％，余量为镍和不可避免的杂质；
(3)使用加料钳将研磨好的添加剂加入合金液中，在1750℃条件下沸腾10min，静置后浇铸成铸锭，所述镍铬合金与添加剂的质量配比为100∶8；
(4)均匀化退火：将铸锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10-3Pa、温度900℃下保温24小时后随炉冷却；
(5)热轧盘条：将均匀化退火后的试样进行热轧盘条，热轧温度：1100℃-1200℃，开轧温度：1200℃，终轧温度大于950℃，每道次变形量≤15％；
(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔，每道次变形量≤10％；
(7)拉拔后退火，温度880℃，时间16h，最终得到符合规格的镍铬电热复合材料成品。
本发明实施例制备的复合材料成品具有较高电阻率、高温强度、优异抗氧化性及更小的热膨胀系数，800℃下拉伸强度达490MPa，800℃氧化增重仅为同等条件下Ni20Cr8氧化增重的57％，室温电阻率大于1.8Ωmm2/m，克服了现有技术中的不足，具有较广的工业应用前景。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种镍铬电热复合材料，其特征在于，所述复合材料由锗、硅、钛、硼、铈、碳、钴作为添加剂加入到镍铬合金中经冶炼制备而成，所述复合材料的室温电阻率达1.8Ωmm2/m，所述添加剂的质量配比为：氧化锗9-12％、二氧化硅20-23％、硼化钛6-8％、氧化铈6-8％、碳化硅35-45％，余量为氧化钴；所述镍铬合金与添加剂的质量配比为100∶7～9；所述镍铬合金组成为：Al：4-6％、Cr：23-24％、Hf：0.7-1％、Zr：1-3％、Zn：0.4-0.6％、Ti：0.5-0.7％，余量为镍和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的一种镍铬电热复合材料，所述添加剂的质量配比优选为：氧化锗11％、二氧化硅22％、硼化钛7％、氧化铈7％、碳化硅41％，余量为氧化钴。
3.如权利要求1所述的一种镍铬电热复合材料，所述镍铬合金与添加剂的质量配比优选为100∶8。
4.如权利要求1所述的一种镍铬电热复合材料，所述镍铬合金组成为：Al：5％、Cr：23.4％、Hf：0.8％、Zr：2％、Zn：0.5％、Ti：0.6％，余量为镍和不可避免的杂质。
5.如权利要求1所述的一种镍铬电热复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)制备添加剂，按照权利要求1所述的添加剂质量配比进行称量，将其混合后研磨16-24h，平均粒径控制在0.05-0.08mm；(2)熔化镍铬合金，在高真空条件下熔化，熔化后进行吹氧脱碳，后进行高真空沸腾，沸腾时间大于10min，所述镍铬合金组成为：Al：4-6％、Cr：23-24％、Hf：0.7-1％、Zr：1-3％、Zn：0.4-0.6％、Ti：0.5-0.7％，余量为镍和不可避免的杂质；(3)使用加料钳将研磨好的添加剂加入合金液中，在1750℃条件下沸腾10min，静置后浇铸成铸锭，所述镍铬合金与添加剂的质量配比为100∶7～9；(4)均匀化退火：将铸锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10-3Pa、温度900℃下保温24小时后随炉冷却；(5)热轧盘条：将均匀化退火后的试样进行热轧盘条，热轧温度：1100℃-1200℃，开轧温度：1200℃，终轧温度大于950℃，每道次变形量≤15％；(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔，每道次变形量≤10％；(7)拉拔后退火，温度850～900℃，时间10～16h，最终得到符合规格的镍铬电热复合材料成品。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20160615 |