[发明专利]一种耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料及其制备方法。该耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料采用机械合金化和放电等离子烧结制备而成。该合金组织由α‑(Fe,Cr,Mn,Al)相，Fe₂AlCr相，CrFeB相，Mn₂B相和TiB₂相组成，致密度达到98％以上，室温硬度达到645.0‑785.0HV，室温抗压强度达到2.0‑3.0GPa，600‑800℃的抗压强度也达到了0.3‑1.0GPa。该材料的铝液熔蚀体积损失速率较H13钢降低了30％‑60％，耐铝液熔蚀性能优良。采用此耐铝液熔蚀材料，可以有效地提高零部件使用寿命，从而提高生产效率，具有很好的技术经济和社会效益。

技术领域

本发明属于耐蚀金属材料技术领域，具体涉及一种耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料及其制备方法。

背景技术

在铝工业生产制造过程中，如铝合金熔炼、铸造成形及热浸镀铝加工过程中，所使用的坩埚、模具、充液料斗、喷嘴、轧辊等零部件在服役过程中往往面临高温铝液熔蚀、高温氧化、热疲劳等致使零部件失效，或造成铝液污染。高温铝液对零部件产生熔蚀，缩短了其使用寿命，同时影响铝制件的质量。导致生产成本提高、效率降低。因此，在铝工业中亟需优异的耐铝液熔蚀材料。

零件在铝熔体中的熔蚀过程主要由以下两部分组成：一方面，与铝液接触的零件表面不断地发生溶解、扩散，形成一层熔蚀产物金属间化合物；另一方面，在工况条件下，零件还受到热应力、相变应力或铝液的冲刷等，很容易造成零件表面已形成的熔蚀产物金属间化合物的剥落，促使熔蚀反应加速进行。现有耐铝液熔蚀材料主要采用对钢进行表面渗硼、渗碳处理，通过形成耐蚀层来减缓或阻碍铝液对基体金属的熔蚀作用。中国发明专利CN104593620A公开了一种耐高温铝液熔蚀-磨损的铝液除气中转子制备及其修复方法，该发明通过在高强耐热钢基体上热喷涂NiAl、NiCrAl等涂层以延长该工件使用寿命。该方法存在制备工艺复杂，涂层与基体存在界面缺陷、结合强度低，在铝液冲刷作用下易破碎或剥落，致使铝液将直接与基体接触加速材料的熔蚀失效。表面处理虽在一定程度上改善钢的耐铝液熔蚀性能，但受限于表面渗层的致密性、厚度、热匹配性等问题，对材料整体耐铝液熔蚀性能提高不大。另外，难熔合金如钨、钛、铌等具有良好的耐高温铝液熔蚀性能，但该系列材料的制备、加工成形困难、成本高限制了它的应用。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料及其制备方法。

本发明的目的在于提供一种耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料及其制备方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料，按照质量百分比计，包括：0.1-0.6wt.％的C、1.5-9.0wt.％的B、8.0-25.0wt.％的Cr、12.0-30.0wt.％的Mn、1.5-10.0wt.％的Al、3.5-20.0wt.％的Ti，余者为Fe。

本发明提供的一种耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料是采用机械合金化+放电等离子烧结制备而成的。

本发明提供的一种制备所述的耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料的方法，包括如下步骤：

(1)将Fe粉、Cr粉、Al粉、Mn粉、Ti粉、C粉及B粉混合均匀，然后在氩气气氛中加入到不锈钢球磨罐进行球磨处理(为防止球磨过程中粉末的氧化，球磨过程在氩气保护环境中进行)，真空干燥，得到合金粉末；

(2)采用放电等离子设备将步骤(1)所述合金粉末升温进行烧结处理，冷却至室温，得到所述耐高温铝液熔蚀粉末冶金高硼铁基材料。

进一步地，步骤(1)所述Fe粉、Cr粉、Al粉、Mn粉、Ti粉、C粉的颗粒尺寸均小于45μm。

进一步地，步骤(1)所述B粉为无定型粉末；所述B粉的颗粒尺寸小于25μm。