[发明专利]一种用钒-稀土协同改善高温综合性能的铁铬铝合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用钒‑稀土协同改善高温综合性能的铁铬铝合金材料及其制备方法，高温强度与高温抗氧化性能优异，各组分的质量百分比为：C≤0.05％，Si≤0.14％，Mn≤0.2％，S≤0.06％，P≤0.01％，V：0.5～0.8％，La：0.1～0.15％，Cr：21～23％，Al：5～6％，余量为Fe。制造方法为：按所述质量百分比的元素粉末配料，在氩气保护下在高能球磨机中进行球磨得到混合粉末，然后将混合粉末放入石墨模具中在真空热压炉内进行热压烧结成型，得到高温综合性能优异的FeCrAl‑V‑La合金。本发明制备的FeCrAl‑V‑La合金的高温强度与高温抗氧化性有明显提高，具体是FeCrAl‑V‑La合金的1350℃快速氧化寿命值为83h，高温屈服强度为135.8MPa。采用本发明制备的材料比同类铁铬铝合金具有更低的生产成本和更长的使用寿命，环境污染少，经济效益好。

技术领域

本发明属于铁铬铝合金材料技术领域，具体涉及一种由钒与稀土来协同改善高温综合性能的铁铬铝合金材料及其制备方法。

背景技术

FeCrAl合金是一种重要的电热合金，具有高耐热性、热导性、及优良的抗高温氧化性等优点，同时比Ni-Cr系电热合金材料的价格便宜20％～30％。因此，FeCrAl合金这种优良的性能和便宜的价格为其市场需求提供了有利条件，现广泛应用于电热元件、精密仪器、化工容器等行业。

目前，FeCrAl合金的制备一般采用电渣重熔或真空感应熔炼的方法。其中电渣重熔过程的工艺控制难度大，铸锭内部易产生裂纹，严重影响材料的力学性能，且该方法耗电量较大、成本较高，渣料在重熔过程中易污染环境。真空感应熔炼制备的铸锭内部易产生疏松、缩孔等缺陷，不利于后续热加工的进行。因此，开发高效、低成本，且满足材料均匀性的制备工艺就成为了研究的热点。粉末冶金制备的FeCrAl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、介质耐腐蚀能力，还可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FeCrAl合金研究的重点，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。

FeCrAl合金之所以具备优良的抗高温氧化性能，主要是因为在其表面可选择性地形成Al₂O₃膜，但随着基体中Al含量的消耗，氧化膜会逐渐剥落失效。在FeCrAl合金加入适量的稀土元素La、Ce、Y，可降低氧化膜的生长速率，提高氧化膜的强度和塑性，增强氧化膜的致密性和附着力，从而提高合金的抗氧化性能。此外，FeCrAl合金的高温强度低易产生蠕变变形，塑性韧性较差，高温工作中晶粒易粗化，在应力作用下易脆断。向FeCrAl合金中添加Nb、Mo、V、Ti等难熔金属元素可提高合金的高温强度，改善加工性能。因此，考虑在FeCrAl合金中同时添加合适含量的稀土元素和难熔金属元素，在复杂服役工况下，同时改善FeCrAl合金的抗高温氧化性能和高温强度性能，提高合金的使用寿命，更有效地发挥稀土价值。

国内对稀土FeCrAl合金的研究主要集中在La、Ce、Y及混合稀土在铸造铁合金中的作用和机理方面，而对稀土元素在粉末冶金FeCrAl合金中的作用和机理研究较少。并且，稀土元素与难熔金属在粉末冶金技术中的作用规律研究更少，而粉末冶金在特定的领域具有广阔的应用前景，因此研究稀土与难熔金属在粉末冶金FeCrAl合金中的作用很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温综合性能优良、经济性高的FeCrAl合金材料，通过添加适量的La来提高合金的抗高温氧化性能，通过添加适量的V来提高合金的高温强度性能。

本发明所述的FeCrAl合金，化学成分按质量百分比为：C≤0.05％，Si≤0.14％，Mn≤0.2％，S≤0.06％，P≤0.01％，V：0.5～0.8％，La：0.1～0.15％，Cr：21～23％，Al：5～6％，余量为Fe。

原始粉末采用钒粉、镧粉、铬粉、铝粉、铁粉，各金属粉末的纯度均高于99％。

V和La的作用如下：