CN104233103A

CN104233103A - 一种碳化硅增强铁铬铝电热复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104233103A
Application number: CN201410427839.3A
Authority: CN
Inventors: 郭健; 郭小芳; 郭乃林
Original assignee: Yancheng Xinyang Electric Heat Material Co Ltd
Current assignee: Yancheng Xinyang Electric Heat Material Co Ltd
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明涉及一种复合材料，特别是一种碳化硅增强铁铬铝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铁铬铝合金基体组成，所述增强体占复合材料总质量的2-10％，其余为铁铬铝合金基体；所述碳化硅增强体为SiC颗粒，粒径为5-20nm。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、热轧盘条、退火和漂洗后进行多道次拉拔工艺。本发明制备的材料成品具有良好的高温强度，以及低的热膨胀系数，同时能抑制长时间高温条件下使用时合金晶粒的长大，克服了现有技术中的不足，具有良好的工业应用前景。

Description

一种碳化硅增强铁铬铝电热复合材料及其制备方法

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铁铬铝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。目前电热合金材料已成为一种重要的工程材料，适用于机械、冶金、电子、化工等行业，在国民经济中占有重要的地位，其按照化学成分可分为镍铬合金、镍铬铁合金和铁铬铝合金三个系列。镍铬合金无磁性，高温强度高，高温使用时不易变形，长期使用后可塑性仍较好，耐腐蚀性好，但是当使用温度超过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，其在大气中使用温度高，最高使用温度可达1400℃，同时其使用寿命长，抗氧化能力好，但它有致命的弱点，其高温强度低，另外，经高温长期使用后，由于晶粒长大而变脆。因此如何提高其高温强度，限制高温使用时晶粒长大，是进一步提高铁铬铝电热合金使用寿命和性能的重要方面。

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、更小的热膨胀系数同时抑制高温下晶粒长大的碳化硅增强铁铬铝电热复合材料及其制备方法。

一种碳化硅增强铁铬铝电热复合材料，其特征在于，所述复合材料由碳化硅增强体和铁铬铝合金基体组成，所述增强体占复合材料总质量的2-10％，其余为铁铬铝合金基体；所述碳化硅增强体为SiC颗粒，粒径为5-20nm，铁铬铝合金基体的元素组成及质量百分比为：C：≤0.08％、Si：≤0.3％、Mn：≤0.60％、Ni：≤0.50％、Al：5.0％-8.0％、Cr：19-25％、Nb：0.1-0.6％、Ti：0.01-0.2％、Co：0.1-0.8％、S≤0.015％、P≤0.02％，余量为铁和其它不可避免的杂质，原料中部分铁为铁粉。

所述碳化硅增强铁铬铝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：按照所述增强体占复合材料总质量的2-10％，其余为铁铬铝合金基体的配比进行配料，铁铬铝合金基体的元素组成及质量百分比为：C：≤0.08％、Si：≤0.3％、Mn：≤0.60％、Ni：≤0.50％、Al：5.0％-8.0％、Cr：19-25％、Nb：0.1-0.6％、Ti：0.01-0.2％、Co：0.1-0.8％、S≤0.015％、P≤0.02％，余量为铁和其它不可避免的杂质，原料中部分铁为铁粉；

(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颗粒与原料中的铁粉均匀混合，并置于真空球磨机中球磨2-5小时，然后对所得粉末压块，并置于热压烧结炉中烧结，烧结温度为1200-1300℃；

(3)熔炼：将其它铁铬铝基体合金原料及步骤(2)中烧结后的块体放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，抽真空后充入高纯氩气，在2000℃-2200℃熔炼后随炉冷却成合金锭；

(4)均匀化退火：将合金锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10^-3Pa、温度1100℃下保温25-30小时后随炉冷却；

(5)锻造：通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭，在四柱液压机上进行锻造；

(6)热轧盘条：将锻造后的试样进行热轧盘条，开轧温度：1200-950℃，终轧温度：850-650℃；

(7)退火：在真空热处理炉内，真空度1×10^-3Pa，退火温度1000℃，保温5-10h；

(8)漂洗后进行多道次拉拔得到符合规格的电热复合材料成品。

本发明制备的材料成品具有良好高温强度、更小的热膨胀系数，同时能抑制长时间高温条件下使用时合金晶粒的长大。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并抑制高温下晶粒的长大。由于碳化硅的热膨胀系数远小于铁铬铝合金基体，因此，碳化硅的存在也能有效的减低材料成品的热膨胀系数。

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：实施例1-3中SiC颗粒质量百分比分别为：2％、6％和10％，尺寸分别为20nm、10nm和5nm，其余为铁铬铝基体合金。铁铬铝基体合金的元素配比如表1所示，原料中部分铁为铁粉。

实施例1-3铁铬铝基体合金元素配比如表1所示。

表1实施例1-3铁铬铝基体合金元素配比(wt％)

(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颗粒与原料中的铁粉均匀混合，并置于真空球磨机中球磨3小时，然后对所得粉末压块，并置于热压烧结炉中烧结，烧结温度为1280℃；

(3)熔炼：将上述铁铬铝基体合金原料及(2)中烧结后的块体放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，抽真空后充入高纯氩气，在2100℃-2150℃熔炼后随炉冷却成合金锭；

(4)均匀化退火：将合金锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10^-3Pa、温度1100℃下保温28小时后随炉冷却；

(6)热轧盘条：将锻造后的试样进行热轧盘条，开轧温度：1200℃，终轧温度：850℃；

(7)退火：在真空热处理炉内，真空度1×10^-3Pa，退火温度1000℃，保温7h；

(8)漂洗后进行多道次拉拔得到符合规格的电阻电热复合材料成品。

本发明实施例1-3制备的复合材料成品具有良好高温强度、更小的热膨胀系数，同时能抑制长时间高温使用时合金晶粒的长大。经过测试，本发明实施例1-3的材料成品在700℃下拉伸强度达560MPa，在1200℃氧化增重仅为同等条件下0Cr25Al5合金氧化增重的70％，800℃热膨胀仅为同等条件下0Cr25Al5合金的60％，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

1.一种碳化硅增强铁铬铝电热复合材料，其特征在于，所述复合材料由碳化硅增强体和铁铬铝合金基体组成，所述增强体占复合材料总质量的2-10％，其余为铁铬铝合金基体；所述碳化硅增强体为SiC颗粒，粒径为5-20nm，铁铬铝合金基体的元素组成及质量百分比为：C：≤0.08％、Si：≤0.3％、Mn：≤0.60％、Ni：≤0.50％、Al：5.0％-8.0％、Cr：19-25％、Nb：0.1-0.6％、Ti：0.01-0.2％、Co：0.1-0.8％、S≤0.015％、P≤0.02％，余量为铁和其它不可避免的杂质，原料中部分铁为铁粉。

2.如权利要求1所述的一种碳化硅增强铁铬铝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：按照权利要求1所述的配比进行配料；(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颗粒与原料中的铁粉均匀混合，并置于真空球磨机中球磨2-5小时，然后对所得粉末压块，并置于热压烧结炉中烧结，烧结温度为1200-1300℃；(3)熔炼：将其它铁铬铝基体合金原料及步骤(2)中烧结后的块体放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，抽真空后充入高纯氩气，在2000℃-2200℃熔炼后随炉冷却成合金锭；(4)均匀化退火：将合金锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10^-3Pa、温度1100℃下保温25-30小时后随炉冷却；(5)锻造：通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭，在四柱液压机上进行锻造；(6)热轧盘条：将锻造后的试样进行热轧盘条，开轧温度：1200-950℃，终轧温度：850-650℃；(7)退火：在真空热处理炉内，真空度1×10^-3Pa，退火温度1000℃，保温5-10h；(8)漂洗后进行多道次拉拔得到符合规格的电热复合材料成品。