CN116219255A - 一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，所述金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁10‑20份、铬13‑19份、铝8‑15份、硼3‑7份、镍10‑30份、钼4‑6份、钨14‑18份、钒5‑9份、钛2‑5份、硅5‑10份、锰5‑10份、和铜5‑30份；本发明通过在合金材料中加入少量锂，且锂会与合金中诸如氢、氧、硫、氮等气体发生反应生成密度小而熔点低的化合物,不仅能除去这些气体,使金属变得更致密,还能消除金属中的气泡，混合后的熔融合金材料中，不同材料密度不同进行分层时，由于锂的密度极小，分层运动时，具有强运动活跃性，从而促进对其它材料的运动，保持混合度，使得熔融合金材料内的晶体保持活跃运动状态，使得形成的合金晶体密度均匀，保持其性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属纤维技术领域，具体涉及一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料及制备方法。
背景技术
金属纤维是指金属含量较高，而且金属材料连续分布的、横向尺寸在微米级的纤维形材料。将金属微粉非连续性散布于有机聚合物中的纤维不属于金属纤维，金属纤维一般均达微米级，如不锈钢纤维一般直径在10μm左右，且市场供应的细不锈钢纤维平均直径为4μm。金属纤维具有良好的力学性能，不仅断裂比强度和拉伸比模量较高，而且可耐弯折、韧性良好；具有很好的导电性，能防静电，如钨纤维用作白炽灯泡的灯丝，同时它也是防电磁辐射和导电及电信号传输的重要材料；具有耐高温性能；不锈钢纤维、金纤维、镍纤维等还具有较好的耐化学腐蚀性能，空气中不易氧化等性能。
随着我国石油、化工工业的进一步发展，二次能源材料的崛起，人们对生活质量要求的提高，对金属纤维及其制品的需求将会迅猛增加，使金属纤维及其制品项目在我国实现产业化具有非常重要的现实意义。采用FeCrAl合金纤维毡燃烧器,能获得最有效的表面积,以有利于燃气燃烧,它与传统陶瓷或金属燃烧器相比,具有寿命长,燃烧充分,成型性好等优点。在高温600℃以上具有较高的强度和韧性,可以在酸碱等腐蚀环境中连续工作，现有技术中，金属纤维合金材料在制备过程中，通过将多种原料进行熔融混合，形成新的晶体，而在新的晶体形成过程中，由于不同原料的密度不同，在进行挤出冷却时，不同的原料会形成分层，导致晶体密度不均匀，从而影响其性能。
为了解决上述问题，本发明中提出了一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料及制备方法。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术晶体密度不均匀的问题，适应现实需要，提供一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料及制备方法，以解决上述技术问题。
(2)技术方案
为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：
一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，所述金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁10-20份、铬13-19份、铝8-15份、硼3-7份、镍10-30份、钼4-6份、钨14-18份、钒5-9份、钛2-5份、硅5-10份、锰5-10份、和铜5-30份。
优选地，所述金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁8-20份、铬10-19份、铝8-17份、硼3-7份、镍14-30份、钼4-6份、钨14-15份、钒5-9份、钛2-5份、硅5-10份、锰5-10份、铜5-30份。
优选地，所述金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁8-20份、铬10-19份、铝8-17份、硼3-7份、镍14-30份、钼4-6份、钨14-15份、钒5-9份、钛2-5份、硅5-10份、锰5-10份、铜5-30份、锂2-4份和环氧树脂4-8份。
优选地，所述环氧树脂具体为导电胶黏剂。
优选地，所述金属纤维FeCrAlB合金材料还包括锂，锂的重量份为2-4份。
优选的，一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一：备料——将所需原料按照对应的重量份进行配料盛放；
步骤二：熔融——将所需原料投入到高速混合机中进行混合，高速混合机混合30min后，出料并投入双螺杆挤出机的喂料斗中，经过熔融挤出；
步骤三：成型——预先将不锈钢棒料紧密排列在模具内，将装好不锈钢棒料的模具放置在900℃～1000℃的高温真空环境中，将熔融状态的合金浇筑到模具的空腔内；步骤四：一次热轧——按照10℃/min的速率降低环境温度，使得一次浇铸件逐渐冷却，从模具中取出一次浇铸件，并进行车削、开坯和轧制工艺加工，将一次浇铸件制成盘条状，然后进行等分切割；
二次热轧——将等分切割后的盘条状一次浇铸件紧密排列到模具空腔内，并将模具置放到800℃～900℃的高温真空环境中，将熔融后的合金浇筑到模具空腔内，直至填满模具空腔内的剩余空间，按照5℃/min的速率缓慢降低环境温度，待冷却后，将其取出得到二次浇铸件，对二次浇铸件依次进行车削、开坯和轧制工艺加工，将二次浇铸件制成盘条状；
步骤五：拉丝——将盘条状的二次浇铸件进行多次拉拔形成复合丝，然后进行退火处理。
优选地，所述步骤三中的高温真空环境，先抽真空到0.25Pa，然后缓慢抽真空到0.1Pa，步骤二中的挤出温度为210-240℃，螺杆转速为300-350r/min。
优选地，所述步骤五中的退火处理的温度控制在800℃～900℃，退火处理的时间控制在1.5h～2.5h。
优选地，所述步骤二中，对于环氧树脂的加料，控制在高速混合机混合时间为20min-25min之间。
以下对本发明的新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料所设计成分的原理与作用作进一步说明：
铁在FeCrAlB合金中的作用：铁提高合金的耐磨性，这是由于硬质针状铁相使基体得以强化，抵抗变形能力，同时又起到支承作用，使耐磨性提高，同时铁相使合金表面的氧化膜失去连续性，易发生电化学腐蚀，铁降低合金的耐腐性。
铬在FeCrAlB合金中的作用：铬能显著提高合金强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性，铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。
铝在FeCrAlB合金中的作用：锰是提高合金淬火和自然状态下的强度。(当Mn含量超过0.4％时)锰还是提高合金耐热性能的主要元素。
硼在FeCrAlB合金中的作用：少量硼能够净化晶界，过量的硼形成大量硼化物沿晶界析出造成脆裂。
镍在FeCrAlB合金中的作用：镍和铁能无限固溶，镍扩大铁的奥氏体区，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素。
钼在FeCrAlB合金中的作用：钼能够阻止奥氏体化的晶粒粗大。
钨在FeCrAlB合金中的作用：有效提高合金的熔点。
钒在FeCrAlB合金中的作用：既细化晶粒、降低过热敏感性,又增加回火稳定性、耐磨性,从而延长工模具的使用寿命。
钛在FeCrAlB合金中的作用：钛是合金中的强脱氧剂，它能使合金的内部组织致密,细化晶粒，低时效敏感性和冷脆性。
硅在FeCrAlB合金中的作用：硅几乎全部固溶于奥氏体和铁素体，硅原子与铁原子可以结合成具有强共价键的含硅铁素体，不仅促进铁素体形成，而且使铁素体强化的作用很强。
锰在FeCrAlB合金中的作用：锰有脱氧及脱硫功效(形成MnS)，防止热脆，锰能改善＝合金的锻造性与可塑性，降低材料中的有害物质。
铜在FeCrAlB合金中的作用：铜能有效提高合金的导电性能。
锂在FeCrAlB合金中的作用：锂的密度小，且锂会与合金中诸如氢、氧、硫、氮等气体发生反应生成密度小而熔点低的化合物,不仅能除去这些气体,使金属变得更致密,还能消除金属中的气泡，通过锂的密度分层，使得熔融合金材料内的晶体保持活跃运动状态，使得形成的合金晶体密度均匀，保持其性能。
导电胶黏剂在FeCrAlB合金中的作用：利用导电胶黏剂的结构特点赋予合金材料优异的耐热性和阻隔性，同时赋予了合金材料良好的加工性，促进合金材料结晶，细化晶粒，高合金材料的力学性能。
本发明中的FeCrAlB合金材料，通过在合金材料中加入少量锂，且锂会与合金中诸如氢、氧、硫、氮等气体发生反应生成密度小而熔点低的化合物,不仅能除去这些气体,使金属变得更致密,还能消除金属中的气泡，混合后的熔融合金材料中，由于不同材料密度不同进行分层时，由于锂的密度极小，分层运动时，具有强运动活跃性，从而促进对其它材料的运动，保持混合度，使得熔融合金材料内的晶体保持活跃运动状态，使得形成的合金晶体密度均匀，保持其性能。
本发明中的FeCrAlB合金材料，通过在高速混合机混合时间为20min-25min中，加入导电胶黏剂，利用导电胶黏剂的结构特点赋予合金材料优异的耐热性和阻隔性，同时赋予了合金材料良好的加工性，促进合金材料结晶，细化晶粒，高合金材料的力学性能。
本发明中的FeCrAlB合金材料金属纤维在成型过程中，各金属纤维之间保持平行放置的位置关系，各金属纤维分散性好，不会出现相互交叉、相互挤压的现象，最终得到的金属纤维表面光洁，每根金属纤维之间的强度差异很小，有利于后期的使用，对盘条只需要进行一次拉拔就能够得到2μm的金属纤维，避免了多次拉拔的繁琐过程，大大简化了生产工艺。
附图说明
图1为本发明一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料制备方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面结合附图1和实施例对本发明进一步说明：
实施例1
金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁10份、铬13份、铝8份、硼3份、镍10份、钼14份、钨14份、钒5份、钛2份、硅5份、锰5份、和铜5份。
金属纤维FeCrAlB合金材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：备料——将所需原料按照对应的重量份进行配料盛放；
步骤二：熔融——将所需原料投入到高速混合机中进行混合，高速混合机混合30min后，出料并投入双螺杆挤出机的喂料斗中，经过熔融挤出，步骤二中的挤出温度为210℃，螺杆转速为300r/min；
步骤三：成型——预先将不锈钢棒料紧密排列在模具内，将装好不锈钢棒料的模具放置在900℃的高温真空环境中，先抽真空到0.25Pa，将熔融状态的合金浇筑到模具的空腔内，然后缓慢抽真空到0.1Pa；
步骤四：一次热轧——按照10℃/min的速率降低环境温度，使得一次浇铸件逐渐冷却，从模具中取出一次浇铸件，并进行车削、开坯和轧制工艺加工，将一次浇铸件制成盘条状，然后进行等分切割；
二次热轧——将等分切割后的盘条状一次浇铸件紧密排列到模具空腔内，并将模具置放到800℃的高温真空环境中，将熔融后的合金浇筑到模具空腔内，直至填满模具空腔内的剩余空间，按照5℃/min的速率缓慢降低环境温度，待冷却后，将其取出得到二次浇铸件，对二次浇铸件依次进行车削、开坯和轧制工艺加工，将二次浇铸件制成盘条状；
步骤五：拉丝——将盘条状的二次浇铸件进行多次拉拔形成复合丝，然后进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间为1.5h。
实施例2
金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁14份、铬17份、铝12份、硼5份、镍14份、钼14份、钨16份、钒7份、钛3份、硅7份、锰7份、和铜10份。
金属纤维FeCrAlB合金材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：备料——将所需原料按照对应的重量份进行配料盛放；
步骤二：熔融——将所需原料投入到高速混合机中进行混合，高速混合机混合30min后，出料并投入双螺杆挤出机的喂料斗中，经过熔融挤出，步骤二中的挤出温度为210℃，螺杆转速为300r/min；
步骤三：成型——预先将不锈钢棒料紧密排列在模具内，将装好不锈钢棒料的模具放置在900℃的高温真空环境中，先抽真空到0.25Pa，将熔融状态的合金浇筑到模具的空腔内，然后缓慢抽真空到0.1Pa；
步骤四：一次热轧——按照10℃/min的速率降低环境温度，使得一次浇铸件逐渐冷却，从模具中取出一次浇铸件，并进行车削、开坯和轧制工艺加工，将一次浇铸件制成盘条状，然后进行等分切割；
二次热轧——将等分切割后的盘条状一次浇铸件紧密排列到模具空腔内，并将模具置放到800℃的高温真空环境中，将熔融后的合金浇筑到模具空腔内，直至填满模具空腔内的剩余空间，按照5℃/min的速率缓慢降低环境温度，待冷却后，将其取出得到二次浇铸件，对二次浇铸件依次进行车削、开坯和轧制工艺加工，将二次浇铸件制成盘条状；
步骤五：拉丝——将盘条状的二次浇铸件进行多次拉拔形成复合丝，然后进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间为1.5h。
实施例3
金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁8份、铬10份、铝8份、硼3份、镍14份、钼4份、钨14份、钒5份、钛2份、硅5份、锰5份、铜5份、锂2份。
金属纤维FeCrAlB合金材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：备料——将所需原料按照对应的重量份进行配料盛放；
步骤二：熔融——将所需原料投入到高速混合机中进行混合，高速混合机混合30min后，出料并投入双螺杆挤出机的喂料斗中，经过熔融挤出，步骤二中的挤出温度为210℃，螺杆转速为300r/min；
步骤三：成型——预先将不锈钢棒料紧密排列在模具内，将装好不锈钢棒料的模具放置在900℃的高温真空环境中，先抽真空到0.25Pa，将熔融状态的合金浇筑到模具的空腔内，然后缓慢抽真空到0.1Pa；
步骤四：一次热轧——按照10℃/min的速率降低环境温度，使得一次浇铸件逐渐冷却，从模具中取出一次浇铸件，并进行车削、开坯和轧制工艺加工，将一次浇铸件制成盘条状，然后进行等分切割；
二次热轧——将等分切割后的盘条状一次浇铸件紧密排列到模具空腔内，并将模具置放到800℃的高温真空环境中，将熔融后的合金浇筑到模具空腔内，直至填满模具空腔内的剩余空间，按照5℃/min的速率缓慢降低环境温度，待冷却后，将其取出得到二次浇铸件，对二次浇铸件依次进行车削、开坯和轧制工艺加工，将二次浇铸件制成盘条状；
步骤五：拉丝——将盘条状的二次浇铸件进行多次拉拔形成复合丝，然后进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间为1.5h。
实施例4
金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁8份、铬10份、铝8份、硼3份、镍14份、钼4份、钨14份、钒5份、钛2份、硅5份、锰5份、铜5份、锂2份、导电胶黏剂4份。
金属纤维FeCrAlB合金材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：备料——将所需原料按照对应的重量份进行配料盛放；
步骤二：熔融——将所需原料投入到高速混合机中进行混合，高速混合机混合20min后，加入导电胶黏剂，高速混合机继续混合100min后，出料并投入双螺杆挤出机的喂料斗中，经过熔融挤出，步骤二中的挤出温度为210℃，螺杆转速为300r/min；
步骤三：成型——预先将不锈钢棒料紧密排列在模具内，将装好不锈钢棒料的模具放置在900℃的高温真空环境中，先抽真空到0.25Pa，将熔融状态的合金浇筑到模具的空腔内，然后缓慢抽真空到0.1Pa；
步骤四：一次热轧——按照10℃/min的速率降低环境温度，使得一次浇铸件逐渐冷却，从模具中取出一次浇铸件，并进行车削、开坯和轧制工艺加工，将一次浇铸件制成盘条状，然后进行等分切割；
二次热轧——将等分切割后的盘条状一次浇铸件紧密排列到模具空腔内，并将模具置放到800℃的高温真空环境中，将熔融后的合金浇筑到模具空腔内，直至填满模具空腔内的剩余空间，按照5℃/min的速率缓慢降低环境温度，待冷却后，将其取出得到二次浇铸件，对二次浇铸件依次进行车削、开坯和轧制工艺加工，将二次浇铸件制成盘条状；
步骤五：拉丝——将盘条状的二次浇铸件进行多次拉拔形成复合丝，然后进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间为1.5h。
本发明通过在合金材料中加入少量锂，且锂会与合金中诸如氢、氧、硫、氮等气体发生反应生成密度小而熔点低的化合物,不仅能除去这些气体,使金属变得更致密,还能消除金属中的气泡，混合后的熔融合金材料中，由于不同材料密度不同进行分层时，由于锂的密度极小，分层运动时，具有强运动活跃性，从而促进对其它材料的运动，保持混合度，使得熔融合金材料内的晶体保持活跃运动状态，使得形成的合金晶体密度均匀，保持其性能。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，其特征在于：所述金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁10-20份、铬13-19份、铝8-15份、硼3-7份、镍10-30份、钼4-6份、钨14-18份、钒5-9份、钛2-5份、硅5-10份、锰5-10份、和铜5-30份。
2.如权利要求1所述的一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，其特征在于：所述金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁8-20份、铬10-19份、铝8-17份、硼3-7份、镍14-30份、钼4-6份、钨14-15份、钒5-9份、钛2-5份、硅5-10份、锰5-10份、铜5-30份。
3.如权利要求1所述的一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，其特征在于：所述金属纤维FeCrAlB合金材料包括如下重量份的原料制备而成：铁8-20份、铬10-19份、铝8-17份、硼3-7份、镍14-30份、钼4-6份、钨14-15份、钒5-9份、钛2-5份、硅5-10份、锰5-10份、铜5-30份、锂2-4份和环氧树脂4-8份。
4.如权利要求3所述的一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，其特征在于：所述环氧树脂具体为导电胶黏剂。
5.如权利要求2所述的一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，其特征在于：所述金属纤维FeCrAlB合金材料还包括锂，锂的重量份为2-4份。
6.如权利要求1-5任意一项所述的一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤一：备料——将所需原料按照对应的重量份进行配料盛放；
步骤二：熔融——将所需原料投入到高速混合机中进行混合，高速混合机混合30min后，出料并投入双螺杆挤出机的喂料斗中，经过熔融挤出；
步骤三：成型——预先将不锈钢棒料紧密排列在模具内，将装好不锈钢棒料的模具放置在900℃～1000℃的高温真空环境中，将熔融状态的合金浇筑到模具的空腔内；步骤四：一次热轧——按照10℃/min的速率降低环境温度，使得一次浇铸件逐渐冷却，从模具中取出一次浇铸件，并进行车削、开坯和轧制工艺加工，将一次浇铸件制成盘条状，然后进行等分切割；
二次热轧——将等分切割后的盘条状一次浇铸件紧密排列到模具空腔内，并将模具置放到800℃～900℃的高温真空环境中，将熔融后的合金浇筑到模具空腔内，直至填满模具空腔内的剩余空间，按照5℃/min的速率缓慢降低环境温度，待冷却后，将其取出得到二次浇铸件，对二次浇铸件依次进行车削、开坯和轧制工艺加工，将二次浇铸件制成盘条状；
步骤五：拉丝——将盘条状的二次浇铸件进行多次拉拔形成复合丝，然后进行退火处理。
7.如权利要求6所述的一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，其特征在于：所述步骤三中的高温真空环境，先抽真空到0.25Pa，然后缓慢抽真空到0.1Pa，所述步骤二中的挤出温度为210-240℃，螺杆转速为300-350r/min。
8.如权利要求6所述的一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，其特征在于：所述步骤五中的退火处理的温度控制在800℃～900℃，退火处理的时间控制在1.5h～2.5h。
9.如权利要求6所述的一种新型熔融金属纤维FeCrAlB合金材料，其特征在于：所述步骤二中，对于环氧树脂的加料，控制在高速混合机混合时间为20min-25min之间。
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