CN104087787B - 一种碳化硅增强镍铬电热复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合材料，特别是一种碳化硅增强镍铬电热复合材料及其制备方法。所述复合材料由碳化硅增强体和镍铬合金基体组成，所述增强体占复合材料总质量的2-8％，其余为镍铬合金基体。所述制备方法包括：配料、碳化硅增强体预处理、熔炼、均匀化退火、锻造、锻后热处理等工艺。本发明制备的材料成品具有良好的高温强度和抗氧化性，以及低的热膨胀系数，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，特别是一种碳化硅增强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，提供一种具有良好高温强度、抗氧化性及更小的热膨胀系数的碳化硅增强镍铬电热复合材料及其制备方法。
一种碳化硅增强镍铬电热复合材料，其特征在于，所述复合材料由碳化硅增强体和镍铬合金基体组成，所述增强体占复合材料总质量的2-8％，其余为镍铬合金基体；所述碳化硅增强体为SiC颗粒，粒径为10-50nm，镍铬合金基体的元素组成及质量百分比为：C：0.01-0.08％、Si：0.40-1.00％、Mn：0.30-0.60％、Al：0.10％-0.20％、Cr：19-23％、Fe：0.2-1.0％、Zr：0.1-0.6％、Ti：0.01-0.2％、S≤0.015％、P≤0.02％，余量为镍和其它不可避免的杂质，使用的镍原料一部分为镍粉，其它为镍块。
上述碳化硅增强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)配料：按照“增强体占复合材料总质量的2-8％，其余为镍铬合金基体，所述碳化硅增强体为SiC颗粒，粒径为10-50nm，镍铬合金基体的元素组成及质量百分比为：C：0.01-0.08％、Si：0.40-1.00％、Mn：0.30-0.60％、Al：0.10％-0.20％、Cr：19-23％、Fe：0.2-1.0％、Zr：0.1-0.6％、Ti：0.01-0.2％、S≤0.015％、P≤0.02％，余量为镍和其它不可避免的杂质”进行配料；
(2)碳化硅增强体预处理：为提高SiC颗粒在合金熔体中的润湿性，先将SiC颗粒与原料中的镍粉均匀混合，并置于真空球磨机中球磨1-3小时；
(3)熔炼：将镍铬合金基体原料及球磨后的混合粉末放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，抽真空至1×10-3Pa，充入高纯氩气至1×104Pa，在1500℃-1600℃熔炼后随炉冷却成铸锭；
(4)均匀化退火：将上述铸锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10-3Pa、温度1000℃下保温5-10小时后随炉冷却；
(5)锻造：将均匀化退火后的铸锭放入箱式电阻炉中加热，在4h内升温至1100℃，保温1h后放入等温锻造机内锻造，总变形量大于50％，开锻温度为1100℃，终锻温度大于900℃，锻造后油淬；
(6)锻后热处理：将锻后试样加热至800℃，保温16h，水淬，得到碳化硅增强镍铬电热复合材料。
本发明制备的碳化硅增强镍铬电热复合材料具有良好高温强度、抗氧化性及更小的热膨胀系数。纳米碳化硅的存在，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碳化硅增强镍铬电阻电热合金的热膨胀系数。
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1-3的合金成品：
(1)配料：按照以下组成进行配料：实施例1-3中SiC颗粒质量百分比分别为：2％、6％和8％，尺寸分别为10nm、25nm和50nm，其余为镍铬合金基体。镍铬合金基体的元素组成及质量百分比如表1所示，镍原料一部分为镍粉，其它为镍块。
表1实施例1-3镍铬合金基体的元素组成及质量百分比(wt％)
| 实施例 | C | Si | Mn | Al | Cr | Zr | Ti | Fe | S | P | Ni |
| 1 | 0.01 | 0.4 | 0.3 | 0.1 | 19 | 0.1 | 0.15 | 0.5 | ≤0.015 | ≤0.02 | 余量 |
| 2 | 0.03 | 0.4 | 0.4 | 0.13 | 21 | 0.4 | 0.05 | 0.6 | ≤0.015 | ≤0.02 | 余量 |
| 3 | 0.08 | 0.6 | 0.6 | 0.2 | 23 | 0.5 | 0.01 | 0.8 | ≤0.015 | ≤0.02 | 余量 |
(2)碳化硅增强体预处理：为提高SiC颗粒在合金熔体中的润湿性，先将SiC颗粒与原料中的镍粉均匀混合，并置于真空球磨机中球磨2小时；
(3)熔炼：将镍铬合金基体原料及球磨后的混合粉末放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，抽真空至1×10-3Pa，充入高纯氩气至1×104Pa，在1600℃熔炼后随炉冷却成铸锭；
(4)均匀化退火：将上述铸锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10-3Pa、温度1000℃下保温9小时后随炉冷却；
(5)锻造：将均匀化退火后的铸锭放入箱式电阻炉中加热，在4h内升温至1100℃，保温1h后放入等温锻造机内锻造，总变形量大于50％，开锻温度为1100℃，终锻温度大于900℃，锻造后油淬；
(6)锻后热处理：将锻后试样加热至800℃，保温16h，水淬，得到碳化硅增强镍铬电热复合材料。
本发明实施例1-3制备的复合材料成品具有较高的高温强度及抗氧化性，同时具有更小的热膨胀系数，800℃下拉伸强度达480MPa，800℃氧化增重仅为同等条件下Ni20Cr8氧化增重的63％，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 (1)
1.一种碳化硅增强镍铬电热复合材料的制备方法，其特征在于，所述复合材料由碳化硅增强体和镍铬合金基体组成，所述增强体占复合材料总质量的2-8％，其余为镍铬合金基体；所述碳化硅增强体为SiC颗粒，粒径为10-50nm，镍铬合金基体的元素组成及质量百分比为：C：0.01-0.08％、Si：0.40-1.00％、Mn：0.30-0.60％、Al：0.10％-0.20％、Cr：19-23％、Fe：0.2-1.0％、Zr：0.1-0.6％、Ti：0.01-0.2％、S≤0.015％、P≤0.02％，余量为镍和其它不可避免的杂质，使用的镍原料一部分为镍粉，其它为镍块；所述制备方法包括：
(1)配料：按照所述复合材料的配比进行配料；(2)碳化硅增强体预处理：为提高SiC颗粒在合金熔体中的润湿性，先将SiC颗粒与原料中的镍粉均匀混合，并置于真空球磨机中球磨1-3小时；(3)熔炼：将镍铬合金基体原料及球磨后的混合粉末放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，抽真空至1×10-3Pa，充入高纯氩气至1×104Pa，在1500℃-1600℃熔炼后随炉冷却成铸锭；(4)均匀化退火：将上述铸锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10-3Pa、温度1000℃下保温5-10小时后随炉冷却；(5)锻造：将均匀化退火后的铸锭放入箱式电阻炉中加热，在4h内升温至1100℃，保温1h后放入等温锻造机内锻造，总变形量大于50％，开锻温度为1100℃，终锻温度大于900℃，锻造后油淬；(6)锻后热处理：将锻后试样加热至800℃，保温16h，水淬，得到碳化硅增强镍铬电热复合材料。
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