一種碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料及其製備方法
2023-06-18 08:07:01 2
一種碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種複合材料，特別是一種碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料及其製備方法。所述複合材料由碳化矽增強體和鐵鉻鋁合金基體組成，所述增強體佔複合材料總質量的2-10％，其餘為鐵鉻鋁合金基體；所述碳化矽增強體為SiC顆粒，粒徑為5-20nm。所述製備方法包括：配料、碳化矽增強體預處理、熔煉、均勻化退火、鍛造、熱軋盤條、退火和漂洗後進行多道次拉拔工藝。本發明製備的材料成品具有良好的高溫強度，以及低的熱膨脹係數，同時能抑制長時間高溫條件下使用時合金晶粒的長大，克服了現有技術中的不足，具有良好的工業應用前景。
【專利說明】一種碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料及其製備方法
【技術領域】：
[0001] 本發明涉及一種複合材料，特別是一種碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料及其製備 方法。
【背景技術】：
[0002] 電熱合金材料是利用物質的電阻特性製造發熱體的電阻合金。目前電熱合金材料 已成為一種重要的工程材料，適用於機械、冶金、電子、化工等行業，在國民經濟中佔有重要 的地位，其按照化學成分可分為鎳鉻合金、鎳鉻鐵合金和鐵鉻鋁合金三個系列。鎳鉻合金無 磁性，高溫強度高，高溫使用時不易變形，長期使用後可塑性仍較好，耐腐蝕性好，但是當使 用溫度超過l〇〇〇°C時，其抗氧化能力顯著下降。鐵鉻鋁合金比鎳鉻合金有一系列優點，其在 大氣中使用溫度高，最高使用溫度可達1400°C，同時其使用壽命長，抗氧化能力好，但它有 致命的弱點，其高溫強度低，另外，經高溫長期使用後，由於晶粒長大而變脆。因此如何提高 其高溫強度，限制高溫使用時晶粒長大，是進一步提高鐵鉻鋁電熱合金使用壽命和性能的 重要方面。
【發明內容】
：
[0003] 本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種具有良好高溫強度、更小的 熱膨脹係數同時抑制高溫下晶粒長大的碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料及其製備方法。
[0004] 一種碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料，其特徵在於，所述複合材料由碳化矽增強 體和鐵鉻鋁合金基體組成，所述增強體佔複合材料總質量的2-10%，其餘為鐵鉻鋁合金基 體；所述碳化矽增強體為SiC顆粒，粒徑為5-20nm，鐵鉻鋁合金基體的元素組成及質量百 分比為：C :彡 0· 08%、Si :彡 0· 3%、Μη :彡 0· 60%、Ni :彡 0· 50%、A1 :5· 0% -8. 0%、Cr : 19-25%、Nb :0· 1-0. 6%、Ti :0· 01-0. 2%、Co :0· 1-0. 8%、S 彡 0· 015%、P 彡 0· 02%，餘量 為鐵和其它不可避免的雜質，原料中部分鐵為鐵粉。
[0005] 所述碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料的製備方法，其特徵在於，所述製備方法包 括：
[0006] (1)配料：按照所述增強體佔複合材料總質量的2-10%，其餘為鐵鉻鋁合金 基體的配比進行配料，鐵鉻鋁合金基體的元素組成及質量百分比為：C:< 0.08%、Si : 彡 0· 3%、Mn :彡 0· 60%、Ni :彡 0· 50%、A1 :5. 0% -8. 0%、Cr :19-25%、Nb :0· 1-0. 6%、Ti : 0· 01-0. 2%、Co :0· 1-0. 8%、S彡0· 015%、P彡0· 02%，餘量為鐵和其它不可避免的雜質， 原料中部分鐵為鐵粉；
[0007] (2)碳化矽增強體預處理：為提高SiC顆粒在合金熔體中的潤溼性，先將SiC顆粒 與原料中的鐵粉均勻混合，並置於真空球磨機中球磨2-5小時，然後對所得粉末壓塊，並置 於熱壓燒結爐中燒結，燒結溫度為1200-1300°C ;
[0008] (3)熔煉：將其它鐵鉻鋁基體合金原料及步驟（2)中燒結後的塊體放入磁懸浮真 空感應熔煉爐內，抽真空後充入高純氬氣，在2000°C -2200°C熔煉後隨爐冷卻成合金錠；
[0009] (4)均勻化退火：將合金錠放入真空熱處理爐內，在真空度IX 10_3Pa、溫度1100°C 下保溫25-30小時後隨爐冷卻；
[0010] (5)鍛造：通過線切割將均勻化退火後的試樣加工成圓柱錠，在四柱液壓機上進 行鍛造；
[0011] (6)熱軋盤條：將鍛造後的試樣進行熱軋盤條，開軋溫度：1200-950°c，終軋溫度： 850-650 °C ；
[0012] (7)退火：在真空熱處理爐內，真空度lX10_3Pa，退火溫度1000°C，保溫5-10h ;
[0013] (8)漂洗後進行多道次拉拔得到符合規格的電熱複合材料成品。
[0014] 本發明製備的材料成品具有良好高溫強度、更小的熱膨脹係數，同時能抑制長時 間高溫條件下使用時合金晶粒的長大。納米碳化矽的存在，能夠起到彌散強化的作用，在高 溫下對位錯滑移形成阻礙，有效地提高合金高溫下的強度，同時提高合金的高溫抗氧化性 並抑制高溫下晶粒的長大。由於碳化矽的熱膨脹係數遠小於鐵鉻鋁合金基體，因此，碳化矽 的存在也能有效的減低材料成品的熱膨脹係數。
【具體實施方式】：
[0015] 下面通過實施例進一步闡述和理解本發明。
[0016] 按照如下方法製備實施例1-3的合金成品：
[0017] (1)配料：實施例1-3中SiC顆粒質量百分比分別為：216%和10%，尺寸分別為 20nm、10nm和5nm,其餘為鐵鉻錯基體合金。鐵鉻錯基體合金的元素配比如表1所示，原料 中部分鐵為鐵粉。
[0018] 實施例1-3鐵鉻鋁基體合金元素配比如表1所示。
[0019] 表1實施例1-3鐵鉻鋁基體合金元素配比（wt % )
[0020]
【權利要求】
1. 一種碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料，其特徵在於，所述複合材料由碳化矽增強 體和鐵鉻鋁合金基體組成，所述增強體佔複合材料總質量的2-10%，其餘為鐵鉻鋁合金基 體；所述碳化矽增強體為SiC顆粒，粒徑為5-20nm，鐵鉻鋁合金基體的元素組成及質量百 分比為：C :彡 0· 08%、Si :彡 0· 3%、Μη :彡 0· 60%、Ni :彡 0· 50%、A1 :5· 0% -8. 0%、Cr : 19-25%、Nb :0· 1-0. 6%、Ti :0· 01-0. 2%、Co :0· 1-0. 8%、S 彡 0· 015%、P 彡 0· 02%，餘量 為鐵和其它不可避免的雜質，原料中部分鐵為鐵粉。
2. 如權利要求1所述的一種碳化矽增強鐵鉻鋁電熱複合材料的製備方法，其特徵在 於，所述製備方法包括：（1)配料：按照權利要求1所述的配比進行配料；（2)碳化矽增強 體預處理：為提高SiC顆粒在合金熔體中的潤溼性，先將SiC顆粒與原料中的鐵粉均勻混 合，並置於真空球磨機中球磨2-5小時，然後對所得粉末壓塊，並置於熱壓燒結爐中燒結， 燒結溫度為1200-1300°C ;(3)熔煉：將其它鐵鉻鋁基體合金原料及步驟（2)中燒結後的塊 體放入磁懸浮真空感應熔煉爐內，抽真空後充入高純氬氣，在2000°C -2200°C熔煉後隨爐 冷卻成合金錠；(4)均勻化退火：將合金錠放入真空熱處理爐內，在真空度1 X l(T3Pa、溫度 1KKTC下保溫25-30小時後隨爐冷卻；（5)鍛造：通過線切割將均勻化退火後的試樣加工 成圓柱錠，在四柱液壓機上進行鍛造；(6)熱軋盤條：將鍛造後的試樣進行熱軋盤條，開軋 溫度：1200-950°C，終軋溫度：850-650°C ;(7)退火：在真空熱處理爐內，真空度lX10_3Pa， 退火溫度l〇〇〇°C，保溫5-10h ; (8)漂洗後進行多道次拉拔得到符合規格的電熱複合材料成 品。
【文檔編號】C22C38/52GK104233103SQ201410427839
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申請人:鹽城市鑫洋電熱材料有限公司