[发明专利]高纯铁铬铝合金粉末的制造方法

说明书

本发明涉及金属冶炼及粉末制备技术领域，公开了一种高纯铁铬铝合金粉末的制造方法，该制造方法包括熔炼和气雾化两个阶段，与现有技术相比，本发明能有效防止粉末氧化避免杂质元素，同时粉末冷却过程中充分分散,减少粉末中卫星球粉末的产生,从而实现粒径细小球形合金粉的制备。制备的合金粉末粒度细小,球形度高、流动性好、氧含量低,卫星球粉体含量少，雾化效果好,而且能有效防止粉末氧化，使合金高纯化，同时细化晶粒，降低夹杂，减少氮化物脆性相的析出，能够为后续的粉末冶金工艺提供性能优异的原料。

技术领域

本发明涉及金属冶炼及粉末制备技术领域，特别涉及一种Fe-Cr-Al合金真空炉熔炼及其制粉工艺。

背景技术

为了减少冬季燃煤污染、改善空气质量，我国自2017开始推广“煤改电”、“煤改气”的政策，使我国电热合金行业迎来了发展契机。金属型电热材料是国内外用于家用及工业用加热器使用最多的加热元件，尤其是Fe-Cr-Al合金最为普遍。如工业扩散炉、高温炉要求金属电热元件长时间维持温度高达1300℃。铁基合金具有电阻率大、热稳性好、使用寿命长、资源丰富和成本低廉等优点，在功率、电压和电热组件截面尺寸相同的情况下，铁基合金用量比Ni-Cr合金少，而且价格便宜，费用只是Ni-Cr合金的1/3。Fe-Cr-Al合金密度，电阻率高，使用温度较高。Fe-Cr-Al合金在高温下，表面能生成一层具有保护作用的氧化铝、氧化铬或复合氧化膜，使其在高温下具有抗氧化、抗渗碳和耐硫、氢气体腐蚀的能力。且Fe-Cr-Al价格低廉．基本不消耗重要金属Ni，如果能在近期取得进展，则更具有推广应用前景。

熔炼加工的Fe-Cr-Al合金存在三大缺陷：(1)高温强度低，容易产生蠕变变形；(2)脆性大，塑性和韧性比较差，不利于加工；(3)经高温使用后，晶粒长大变脆，温度越高，时间越长，冷却后脆化越严重，而且会由于异常晶粒粗大而造成发热体的脆断。抗氧化性较好的Fe-Cr-Al耐热合金广泛应用于汽车排气净化系统、石油炉烟罩、传热丝等方面。虽具有很多优点，但其塑性较低、不易加工、可焊性差，制成的电热体极易发生早期脆断，成为生产使用中的几大障碍。

上世纪90 年代，瑞士 Kanthal 公司利用现代粉末冶金技术开发出具有优异性能的 APM 系列Fe-Cr-Al 电热合金。日本也利用粉末烧结薄板轧制法制取了 Fe-24.4Cr-9.4Al 电热合金箔，其性能优于普通轧制法生产的产品。电热合金需向高温、高纯度、成分均匀性好、高稳定性的方向发展。粉末冶金制备的 Fe-Cr-Al 系电热合金弥补了传统工艺无法消除的缺陷，作为先进的制作工艺之一，不仅增强高温强度、高温抗氧化能力和介质耐腐蚀能力，还获得更好的加工性能，降低晶粒粗大的可能性。粉末冶金法是目前 Fe-Cr-Al研究的重点，将是未来电热合金制取的发展方向之一，极有可能代替目前的熔炼方法。粉末冶金制备的 Fe-Cr-Al 电热合金具有较好的市场前景，例如发热件、辐射管和烧嘴，当前的应用还未普及。

另一方面，添加了稀土元素的新合金可用于电热、电阻组件和使用温度高于现有材料的高温结构件和耐热涂层，且稀土元素的微量加入可细化晶粒1～2级，降低夹杂0.5～1级，提高成材率10%以上，快速寿命值比未加稀土时高1倍，可俘获碳、氮化物粒子，减少氮化物析出，提高了保护氧化膜与金属基体的结合牢度，增强了材料的高温抗氧化能力。

提高 Fe-Cr-Al 合金的性能可由以下三个步骤进行考虑：(1)添加稀土氧化物，提高抗氧化性、高温寿命以及抗脆化能力，如 Fe-Cr-Al-Y 电热合金。(2)加铌、钼等难熔金属，提高高温强度，0Cr27Al7Mo2 合金便是添加了钼金属的电热合金。(3)采用粉末冶金工艺，可提高高温强度、抗氧化和抗腐蚀能力，改善加工性能。

由于目前国内几乎没有关于电热合金用铁铬铝合金粉末的制备研发，因此急需探索一种电热合金用铁铬铝粉末的制备工艺。

发明内容