CN108611580B - 一种高效能铁基非晶合金电加热材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效能铁基非晶合金电加热材料及其制备方法，原料包括Fe、Al、Si、B和C，以及，Cr、Mo、W中的至少一种，其中，所述Fe的原子百分比含量为50～70％、所述Al的原子百分比含量为5～20％、所述Si的原子百分比含量为0.5～6％、所述B的原子百分比含量为6～16％、所述C的原子百分比含量为0.1～1.5％、所述Cr、Mo、W的总原子百分比含量为5～15％，且所述Fe、Al、Si、B、C、Cr、Mo、W的原子百分比含量之和为100％。本发明铁基非晶合金具有优异的电、热性能，远红外波段发射率可达到0.94，具有高的电阻率，电阻率达到185μΩ·cm。

Description

一种高效能铁基非晶合金电加热材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电加热材料技术领域，具体涉及一种高效能铁基非晶合金电加热材料及其制备方法。
背景技术
随着电加热装置的迅速发展，对电加热材料的性能要求也越来越高。传统的电加热材料，如钨丝、镍铬丝等存在着电热转换效率低、寿命短等缺点。目前市面上常用的电加热装置通常是将电加热涂层材料通过粘结或喷涂的方法涂覆在基体上来通电发热，而现有的电加热涂层材料由于其热辐射性能差、自身加热温度高而导致电加热装置的加热速率慢、耗能高。另一方面，现有的电加热涂层材料在高温下粘附性能差，容易脱落，缩短了电加热装置的使用寿命。
因此，目前市面上缺少一种具有高热辐射性能、高效能，长使用寿命的电加热材料。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。
因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种高效能铁基非晶合金电加热材料。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种高效能铁基非晶合金电加热材料，其中：原料包括Fe、Al、Si、B和C，以及，Cr、Mo、W中的至少一种，其中，所述Fe的原子百分比含量为50～70％、所述Al的原子百分比含量为5～20％、所述Si的原子百分比含量为0.5～6％、所述B的原子百分比含量为6～16％、所述C的原子百分比含量为0.1～1.5％、所述Cr、Mo、W的总原子百分比含量为5～15％，且所述Fe、Al、Si、B、C、Cr、Mo、W的原子百分比含量之和为100％。
作为本发明所述的高效能铁基非晶合金电加热材料的一种优选方案：所述Fe的原子百分比含量为58～68％、所述Al的原子百分比含量为10～16％、所述Si的原子百分比含量为2～5％、所述B的原子百分比含量为8～14％、所述C的原子百分比含量为0.4～1.2％、所述Cr、Mo、W的总原子百分比含量为8～13％。
作为本发明所述的高效能铁基非晶合金电加热材料的一种优选方案：包括Fe、Al、Si、B、C、Cr、Mo、W，其中，所述Fe的原子百分比含量为63％、所述Al的原子百分比含量为14％、所述Si的原子百分比含量为2％、所述B的原子百分比含量为11％、所述C的原子百分比含量为1％、所述Cr的原子百分比含量为3％、所述Mo的原子百分比含量为5％、所述W的原子百分比含量为1％。
作为本发明的另一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供高效能铁基非晶合金电加热材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：高效能铁基非晶合金电加热材料的制备方法，其包括，
熔炼：将所述原料置于高真空感应熔炼炉中，在惰性气体气氛保护下启动感应炉升温，将原料熔化成钢液，搅拌均匀；
制备带材：将经过熔化的钢液喷射在旋转的铜辊上，制备非晶合金带材。
作为本发明所述的高效能铁基非晶合金电加热材料的制备方法的一种优选方案：所述熔炼，其中，所述惰性气体包括氩气，真空度为5×10-3Pa。
作为本发明所述的高效能铁基非晶合金电加热材料的制备方法的一种优选方案：所述熔炼，包括在温度1350℃～1600℃下保温3～10min。
作为本发明所述的高效能铁基非晶合金电加热材料的制备方法的一种优选方案：所述制备带材，包括将熔化好的钢液倒入带有喷嘴的装置中，通过单辊旋淬法将钢液喷射在旋转的铜辊上，制备出非晶合金带材。
作为本发明所述的高效能铁基非晶合金电加热材料的制备方法的一种优选方案：所述旋转的铜辊，其转速为28～40m/s。
作为本发明所述的高效能铁基非晶合金电加热材料的制备方法的一种优选方案：还包括，通过高能量磨粉机将非晶合金带材制备成非晶合金粉末。
作为本发明所述的高效能铁基非晶合金电加热材料的制备方法的一种优选方案：所述非晶带材宽度为0.5～10cm，厚度为25～40μm；所述非晶粉末粒度为20～50μm。
本发明的有益效果：本发明利用高精度电阻测试仪确定铁基非晶合金的电阻率。截取长度为L的上述非晶合金带材，测量其横截面面积S，利用电阻测试仪测量其电阻R，根据电阻率公式ρ＝RS/L得到铁基非晶合金的电阻率。测量结果表明，本发明铁基非晶合金具有优异的电、热性能，远红外波段发射率可达到0.94，具有高的电阻率，电阻率达到185μΩ·cm。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1：
根据本发明铁基非晶合金电加热材料成分FeaAlbSicBdCeMf制备一系列非晶合金带材，其中M为Cr、Mo、W元素中的一种，具体成分及原子百分含量见表1，编号1-5为本发明制备的实施例。
按表1中所列合金的成分及原子百分含量各配料50公斤，将配比好的原料置于高真空感应熔炼炉中，抽真空至5×10-3Pa，在氩气气氛的保护下启动感应炉升温，将原料熔化成钢液，利用磁力搅拌对钢液进行反复熔炼以保证合金成分均匀，熔炼温度控制在1400℃，保温时间8min，随后将熔化好的钢液倒入带有喷嘴的装置中，将钢液喷射至线速度为30m/s的旋转的铜辊上，制备出宽度为0.5cm、厚度为30-35μm的非晶带材。通过高能量磨粉机将非晶带材磨成粒度为20-50μm的粉末，用以制备电加热涂层材料。
采用双波段发射率测试仪测量非晶带材在8-14μm波段的发射率，利用高精度电阻测试仪计算出非晶带材的电阻率，测试结果如表1所示。
表1本实施例的合金电、热性能
Figure BDA0001662478070000041
实施例2：
根据本发明铁基非晶合金电加热材料成分FeaAlbSicBdCeMf制备一系列非晶合金带材，其中M为Cr、Mo、W元素中的两种，具体成分及原子百分含量见表2，编号7-10为本发明制备的实施例。
按表2中所列合金的成分及原子百分含量各配料50公斤，将配比好的原料置于高真空感应熔炼炉中，抽真空至5×10-3Pa，在氩气气氛的保护下启动感应炉升温，将原料熔化成钢液，利用磁力搅拌对钢液进行反复熔炼以保证合金成分均匀，熔炼温度控制在1450℃，保温时间10min，随后将熔化好的钢液倒入带有喷嘴的装置中，将钢液喷射至线速度为35m/s的旋转的铜辊上，制备出宽度为5cm、厚度为25-30μm的非晶带材。通过高能量磨粉机将非晶带材磨成粒度为20-50μm的粉末，用以制备电加热涂层材料。
采用双波段发射率测试仪测量非晶带材在8-14μm波段的发射率，利用高精度电阻测试仪计算出非晶带材的电阻率，测试结果如表2所示。
表2本实施例及合金电、热性能
Figure BDA0001662478070000042
Figure BDA0001662478070000051
实施例3：
根据本发明铁基非晶合金电加热材料成分FeaAlbSicBdCeMf制备一系列非晶合金带材，其中M为Cr、Mo、W元素中的三种，具体成分及原子百分含量见表3，序号11-13为本发明制备的实施例。
按表3中所列合金的成分及原子百分含量各配料50公斤，将配比好的原料置于高真空感应熔炼炉中，抽真空至5×10-3Pa，在氩气气氛的保护下启动感应炉升温，将原料熔化成钢液，利用磁力搅拌对钢液进行反复熔炼以保证合金成分均匀，熔炼温度控制在1550℃，保温时间10min，随后将熔化好的钢液倒入带有喷嘴的装置中，将钢液喷射至线速度为40m/s的旋转的铜辊上，制备出宽度为10cm、厚度为20-25μm的非晶带材。通过高能量磨粉机将非晶带材磨成粒度为20-50μm的粉末，用以制备电加热涂层材料。
采用双波段发射率测试仪测量非晶带材在8-14μm波段的发射率，利用高精度电阻测试仪计算出非晶带材的电阻率，测试结果如表3所示。
表3本实施例及合金电、热性能
Figure BDA0001662478070000052
本发明利用高精度电阻测试仪确定铁基非晶合金的电阻率。截取长度为L的上述非晶合金带材，测量其横截面面积S，利用电阻测试仪测量其电阻R，根据电阻率公式ρ＝RS/L得到铁基非晶合金的电阻率。测量结果表明，本发明铁基非晶合金具有优异的电、热性能，远红外波段发射率可达到0.94，具有高的电阻率，电阻率达到185μΩ·cm。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种高效能铁基非晶合金电加热材料，其特征在于：原料为Fe、Al、Si、B、C、Cr、Mo、W，其中，所述Fe的原子百分比含量为63％、所述Al的原子百分比含量为14％、所述Si的原子百分比含量为2％、所述B的原子百分比含量为11％、所述C的原子百分比含量为1％、所述Cr的原子百分比含量为3%、所述Mo的原子百分比含量为5%、所述W的原子百分比含量为1％；
熔炼：将所述原料置于高真空感应熔炼炉中，在真空度为5×10-3 Pa的氩气气氛保护下启动感应炉升温至1350℃～1600℃下保温3～10min，将原料熔化成钢液，搅拌均匀；
制备带材：将经过熔化的钢液喷射在旋转的铜辊上，制备非晶合金带材，所述旋转的铜辊，其转速为28～40m/s；
通过高能量磨粉机将非晶合金带材制备成非晶合金粉末，所述非晶合金带材宽度为0.5～10cm，厚度为25～40μm；所述非晶合金粉末粒度为20～50μm。
2.如权利要求1所述的高效能铁基非晶合金电加热材料，其特征在于：所述制备带材，包括将熔化好的钢液倒入带有喷嘴的装置中，通过单辊旋淬法将钢液喷射在旋转的铜辊上，制备出非晶合金带材。
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