CN104073734A

CN104073734A - 一种镍铬铁基复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104073734A
Application number: CN201410301956.5A
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: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2034-06-25
Also published as: CN104073734B

Abstract

本发明涉及一种电热材料，特别是一种镍铬铁基复合材料及其制备方法。所述复合材料由钙、锗、硅、钛、硼、铈、铝、钴作为添加剂加入到镍铬铁合金中经冶炼制备而成，添加剂由氧化物组成，所述复合材料的室温电阻率达2.3Ωmm²/m：所述制备工艺包括：制备添加剂、熔化镍铬铁合金、将添加剂熔入合金液中、锻造和锻后热处理工艺。本发明制备的复合材料成品具有较高的电阻率，降低了生产成本，克服了现有技术中的不足，具有良好的工业应用前景。

Description

一种镍铬铁基复合材料及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种电热材料，特别是一种镍铬铁基复合材料及其制备方法。

背景技术：

目前，工业上大规模使用的电热材料主要是电热合金，主要有镍铬合金、镍铬铁合金和铁铬铝合金三个系列。镍铬合金价格昂贵，在温度大于1000℃时，抗氧化性显著降低。铁铬铝合金含碳量较高，合金元素单一，在高温使用时，内部晶粒长大，晶界上网状析出物容易引起脆断，严重影响工业使用。Cr20Ni35是镍铬铁合金的典型代表，它的最高使用温度为1100℃，属于中温级电热合金，其电阻率、强度、抗氧化性相对较差。现有技术公开了一种低碳多元高电阻电热合金及其制备方法(CN201410013555)，所述合金的元素组成及其质量百分比为：C：0.001-0.002％、Si：0.07-0.08％、Mn：0.6-0.9％、Al：0.65-0.75％、Cr：11-13％、Co：3-4％、Hf：6.5-7.5％、Zr：8-9％、Nb：4.5-5.5％、Ti：2-3％、Tb：0.05-0.5％、Dy：0.05-0.5％、B：0.008-0.02％、S≤0.0001％、P≤0.0001％，余量为铁和不可避免的杂质。上述合金良好韧性、高抗拉强度和抗氧化性，但其电阻率仍存在进一步提升的空间，并且多组元金属化合成本较高。本发明首次将氧化物颗粒添加到镍铬铁合金基体中制备出高电阻率复合材料，降低了生产成本，克服了现有技术中的不足，具有广泛的工业应用前景。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高电阻率镍铬铁基复合材料及其制备方法。

一种镍铬铁基复合材料，其特征在于，所述复合材料由钙、锗、硅、钛、硼、铈、铝、钴作为添加剂加入到镍铬铁合金中经冶炼制备而成，所述复合材料的室温电阻率达2.3Ωmm²/m，所述添加剂的质量配比为：氧化钙5-10％、氧化锗5-10％、二氧化硅30-45％、硼化钛1-5％、氧化铈1-5％、三氧化二铝5-10％，余量为氧化钴；所述镍铬铁合金与添加剂的质量配比为100∶10～15；所述镍铬铁合金组成为：铬：12-13％、镍：33-37％、锆：2-3％、钒：1-2％、钼：0.7-1.4％，余量为铁和不可避免的杂质。

所述添加剂的质量配比优选为：氧化钙8％、氧化锗6％、二氧化硅39％、硼化钛2％、氧化铈4％、三氧化二铝9％，余量为氧化钴。

所述镍铬铁合金与添加剂的质量配比为100∶12。

所述镍铬铁合金组成为：铬：12.2％、镍：35％、锆：2.4％、钒：1.7％、钼：1％，余量为铁和不可避免的杂质。

一种镍铬铁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

(1)制备添加剂，按照氧化钙5-10％、氧化锗5-10％、二氧化硅30-45％、硼化钛1-5％、氧化铈1-5％、三氧化二铝5-10％，余量为氧化钴的质量配比进行称量，将上述氧化物混合后研磨24-36h，平均粒径控制在0.05-0.1mm；

(2)熔化镍铬铁合金，在高真空条件下熔化，熔化后进行吹氧脱碳，后进行高真空沸腾，沸腾时间大于10min，所述镍铬铁合金组成为：铬：12-13％、镍：33-37％、锆：2-3％、钒：1-2％、钼：0.7-1.4％，余量为铁和不可避免的杂质；

(3)使用加料钳将研磨好的添加剂加入合金液中，在1850℃条件下沸腾10min，静置后浇铸成铸锭，所述镍铬铁合金与添加剂的质量配比为100∶10～15；

(4)锻造：将上述铸锭放入箱式电阻炉中加热，在3h内升温至1200℃，保温35min后放入等温锻造机内锻造，总变形量大于50％，开锻温度为1250℃，终锻温度大于900℃，锻造后油淬；

(5)锻后热处理：将锻后试样加热至850℃，保温16h，水淬，得到镍铬铁基复合材料。

本发明制备的高电阻率复合材料由镍铬铁合金基体和弥散分布的多种氧化物颗粒组成，基于硅、锗和钙特殊的原子结构和核外电子分布，二氧化硅、氧化锗和氧化钙能够有效的提高复合材料的电阻率；氧化铈能够提高各种元素在基体中的分散能力，避免出现颗粒集聚；以硼化钛的形式引入硼元素能够为液态合金提供形核基础，有效的细化晶粒，改善微观组织；氧化钴能够促进添加剂粉末与合金液的交融，避免添加剂的漂浮和沉淀；三氧化二铝分布在基体中可以有效的提高材料的抗高温氧化性。本发明制备工艺中的锻造和锻后热处理工艺能够有效的改善复合材料的微观结构，对提高复合材料成品的整体性能具有重要作用，试验测试表明，按照本发明制备方法获得的复合材料的室温电阻率高达2.3Ωmm²/m，远高于目前使用的镍铬铁系电热合金。

具体实施方式：

下面通过实施例进一步阐述和理解本发明。

(1)制备添加剂，按照氧化钙8％、氧化锗6％、二氧化硅39％、硼化钛2％、氧化铈4％、三氧化二铝9％，余量为氧化钴的质量配比进行称量，将上述氧化物混合后研磨24-36h，平均粒径控制在0.05-0.1mm；

(2)熔化镍铬铁合金，在高真空条件下熔化，熔化后进行吹氧脱碳，后进行高真空沸腾，沸腾时间大于10min，所述镍铬铁合金组成为：铬：12.2％、镍：35％、锆：2.4％、钒：1.7％、钼：1％，余量为铁和不可避免的杂质；

(3)使用加料钳将研磨好的添加剂加入合金液中，在1850℃条件下沸腾10min，静置后浇铸成铸锭，所述镍铬铁合金与添加剂的质量配比为100∶12；

本发明实施例制备的复合材料由钙、锗、硅、钛、硼、铈、铝、钴作为添加剂加入到镍铬铁合金中经冶炼制备而成，所述复合材料的室温电阻率达2.39Ωmm²/m，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

1.一种镍铬铁基复合材料，其特征在于，所述复合材料由钙、锗、硅、钛、硼、铈、铝、钴作为添加剂加入到镍铬铁合金中经冶炼制备而成，所述复合材料的室温电阻率达2.3Ωmm²/m，所述添加剂的质量配比为：氧化钙5-10％、氧化锗5-10％、二氧化硅30-45％、硼化钛1-5％、氧化铈1-5％、三氧化二铝5-10％，余量为氧化钴；所述镍铬铁合金与添加剂的质量配比为100∶10～15；所述镍铬铁合金组成为：铬：12-13％、镍：33-37％、锆：2-3％、钒：1-2％、钼：0.7-1.4％，余量为铁和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种镍铬铁基复合材料，所述添加剂的质量配比优选为：氧化钙8％、氧化锗6％、二氧化硅39％、硼化钛2％、氧化铈4％、三氧化二铝9％，余量为氧化钴。

3.如权利要求1所述的一种镍铬铁基复合材料，所述镍铬铁合金与添加剂的质量配比为100∶12。

4.如权利要求1所述的一种镍铬铁基复合材料，所述镍铬铁合金组成为：铬：12.2％、镍：35％、锆：2.4％、钒：1.7％、钼：1％，余量为铁和不可避免的杂质。

5.如权利要求1所述的一种镍铬铁基复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)制备添加剂，按照权利要求1所述的添加剂质量配比进行称量，将上述氧化物混合后研磨24-36h，平均粒径控制在0.05-0.1mm；(2)熔化镍铬铁合金，在高真空条件下熔化，熔化后进行吹氧脱碳，后进行高真空沸腾，沸腾时间大于10min，所述镍铬铁合金组成为：铬：12-13％、镍：33-37％、锆：2-3％、钒：1-2％、钼：0.7-1.4％，余量为铁和不可避免的杂质；(3)使用加料钳将研磨好的添加剂加入合金液中，在1850℃条件下沸腾10min，静置后浇铸成铸锭，所述镍铬铁合金与添加剂的质量配比为100∶10～15；(4)锻造：将上述铸锭放入箱式电阻炉中加热，在3h内升温至1200℃，保温35min后放入等温锻造机内锻造，总变形量大于50％，开锻温度为1250℃，终锻温度大于900℃，锻造后油淬；(5)锻后热处理：将锻后试样加热至850℃，保温16h，水淬，得到镍铬铁基复合材料。