[发明专利]金属耐高温材料及其制备方法无效
申请号: | 96196199.6 | 申请日: | 1996-08-08 |
公开(公告)号: | CN1192844A | 公开(公告)日: | 1998-09-09 |
发明(设计)人: | 布·约恩松;贡纳尔·兰多尔 | 申请(专利权)人: | 康特霍尔公司 |
主分类号: | H05B3/12 | 分类号: | H05B3/12;C22C19/05 |
代理公司: | 永新专利商标代理有限公司 | 代理人: | 甘玲 |
地址: | 瑞典哈尔*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 金属 耐高温 材料 及其 制备 方法 | ||
在电热丝中的热通过辐射、传导和对流而被传递。尤其是来自在空气中工作的高额定元件,如果环境相对较冷,由辐射产生的热传递是占主导地位的。如果辐射是唯一的一种传递方式,适用Stefan Bolzman定律。在某些假设下,它能按如下表述:
p=∈·σ·(Te4-Ts4)
其中
σ=5.670×10-8[W/m2K]
p=表面额定值[W/m2]
Te=元件温度
Ts=环境温度
∈=发热元件表面的热发射系数(可为0至1之间的任意值)
这个方程显示,对一个确定的表面额定值(surface rating)而言,当∈取最大值,即∈=1时,(Te-Ts)达最小值。在这种情况下,该表面被称为以一种“纯粹黑体(perfactly black body)”进行辐射。对于普通的材料而言,∈从低至0.05(光亮金属表面)到高至0.9(具有一定的表面粗糙度的某些材料)变化。为了在预定的表面额定值下获得尽可能低的元件温度,就必需提高该材料的热发射系数。
本发明涉及FeCrAl型合金,它含有10-30wt%的Cr,2-10wt%的Al,最高为5wt%的其他成合金添加剂,余量为铁。在高于约950℃的温度和氧化环境下,在该材料表面上形成相对纯的Al2O3层。这种随时间完全被氧化的表面达到约0.7的热发射系数,某种程度上取决于其表面的形貌等。正如在许多场合,元件的寿命是高度依赖于温度的氧化过程的速度决定的,很显然,使热发射系数从0.7增加到例如0.9将大大影响该元件的寿命。下表举例说明这个事实。
表面额定值 热发射系数 温度 元件寿命
(W/cm2) ∈ (℃)* (%增加)
7 0.7 880 100
7 0.9 810 719
10 0.7 987 100
10 0.9 911 601
*温度计算基于25℃的环境温度和自由辐射加热元件。
应当指出的是,在实际工作中,可能通过适当的表面形貌而获得的热发射系数的小量增加也是有意义的。通过增加热发射系数,具有特定微观表面粗糙度的电阻丝的寿命,基于其应用,已增加了20-100%。
已知这样的事实,即在发热元件和/或炉壁上不同的陶瓷质表面涂层能增加其热发射系数,其本身又被注意到可给出更高的额定值和更快的炉负荷加热时间。由于这个原因,已经采用了热喷涂来涂敷不同类型的氧化物,如氧化钙、氧化镁等。就较小的尺寸和成批生产的发热器而言(这正是本发明针对的范畴),来自成品部件之涂层的附加费用是很难使之合理的。
通过添加成合金元素,例如钴、钒和铜,目的在于获得一种其表面产生了一种具有高热发射系数的氧化物的“产品”。这些已知的方法有各种不同的缺陷,部分是基于成本的观点,部分是基于技术的观点。在这方面具有的重要性是进一步处理该产品的可能性,例如,通过滚压(rolling)或通过拉丝(wire drawing)。将要进行进一步处理的产品应当有一个这样的表面,该表面具有非常好的附着力和这样的性质,即不会在用于加工的设备上造成过度损耗。
根据本发明发热元件的表面涂层是一种金属或合金,在其上氧化物具有高于氧化铝的发射系数,或者另一种方式是,是金属合金,它能被氧化而生成具有高于氧化铝的发射系数的一种氧化物。不同的金属可被考虑用于按照本发明的表面涂层。最适合的是镍、钴、铬和铁或者这些金属的一种或几种和基底金属(base metal)的合金。除增加了热发射系数之外,将获得如下面的实施例中所描述的其他优点。
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