电热合金材料的工艺技术研究.doc

电热合金材料的工艺技术研究 电热合金材料的工艺技术是目前重要的研究课题，其中电磁搅拌和稀土强化已经获得实际应用。本文介绍了电磁搅拌技术和稀土强化在电热合金材料制备工艺中的应用、电热合金的选用原则，指出了电热合金材料的质量改进方向。 电热合金材料作为一类传统的金属功能材料，其应用领域遍及国民经济和日常生活的各个方面。该材料是通过焦耳热的方式实现电能一热能的转换，达到对某一区域(如炉膛)或某些物品(如食品)加热的目的。作为电热合金材料的考量指标，电热效率(电阻率)和使用寿命是人们关注的焦点。可用作为电热材料的种类很多，主要有金属和非金属两大类。其中金属电热合金材料有贵金属(铂、铂锗、铂铱等贵金属及其合金)、难熔金属(钨、钼及其合金)及廉金属(主要是铁、镍及其合金)三个系列。廉金属电热合金材料因价格相对低廉，工艺性能好，使用性能优良，应用范围十分广泛，主要有镍基合金(Ni-Cr、Ni-Cr-Fe等)和铁基(Fe-Cr-Al、Fe-Al、Fe-Ni-Cr-Al等)。本文主要介绍镍基和铁基电热合金材料。 2、镍基和铁基电热合金材料的性能 表1是镍基和铁基电热合金材料的主要性能。表2是GB／T l234—1995《高电阻电热合金》中规定的使用寿命指标。 镍基电热合金是单相奥氏体组织，在高温使用时没有组织变化，高温强度高，不易变形，高温下长期使用仍有较好的塑性。其耐腐蚀性较好，温度稳定，使用安全，便于焊接和维修，允许在大气环境中(含硫及有害气氛除外)长期使用，是工业生产和家用电器中理想的电热合金材料。该材料具有从工艺角度进一步提升其性能的巨大潜力。 铁基电热合金常用的是不同牌号的Fe-Cr-Al合金，理论上认为是单相铁素体组织。在充分固溶及合理的工艺条件下，可以获得单相铁素体。长期以来人们一直认为该材料在高温使用时未发生组织变化，但后来的研究者发现Fe-Cr-Al合金从室温升至高温，再从高温降至室温的过程中，存在着电阻率的可逆性突变(见图l)。固溶态的Fe-Cr-Al合金加热到200℃时电阻率上升；当温度继续升高时，电阻率逐渐下降，在475℃时，电阻率最低。 表1 常用电热合金材料的主要性能 合金 类别 牌号 熔点℃ 密度g/cm2 电阻率 (20℃）ц Ω.m 线膨胀系数10-6 /℃(20-1000℃) 元件最高使 用温度℃ 镍基 Cr20Ni80 Cr30Ni70 Cr15Ni60 Cr20Ni30 1400 1380 1390 1390 8.40 8.10 8.20 7.90 1.09 1.18 1.12 1.04 18.0 17.0 17.0 19.0 1200 1250 1150 1100 铁基 1Cr13AL4 0Cr25AL5 0Cr23AL5 0Cr23AL6 0Cr21AL6A6 1450 1500 1500 1500 1510 7.40 7.10 7.25 7.16 7.10 1.25 1.43 1.35 1.42 1.43 15.4 16.0 15.0 14.7 16.0 950 1250 1250 1250 1350 表2 常用电热合金材料快速寿命值（GB/T 1234-1995） 合金牌号 试验温度℃ 快速寿命值h Cr20Ni80 Cr30Ni70 Cr15Ni60 Cr20Ni30 0Cr25AL5 0Cr23AL5 0Cr23AL6 0Cr21AL6N6 1200 1250 1150 1100 1300 1300 1300 1350 80 50 80 80 80 80 80 50 R.O.Williams发现475℃时合金出现了α＇相(FeCr(70-80)括号中的数字为质量分数)，而Cr相析出，形成α+α＇两相区，使得合金出现脆性；当温度升至520℃时，发生α＇相向δ相(FeCr中间相)的转变，对OCr25A15合金，δ相(Fe41Cr9.8A1)的析出将造成合金再次脆化，直至温度于800℃，δ相逐渐溶解于α相，合金的脆性才有所缓解。在520-800℃区间，除去δ相析出外，还有(CrFe)23C6相析出，这些化合物的析出使合金材料的电阻率逐渐上升，直到800℃以上，δ相完全溶解后其电阻率才基本不变。可见，Fe-Cr-Al合金材料是一类抗热震能力较差的电热合金材料，虽然具有价廉的优势，但焊接性能差，不便焊接维修，高温强度低，其制成的框架易倒塌严重影响了使用性能。 随着摩托车、汽车使用量的增加以及社会文明的进步和人们环保意识的增强，机动车尾气净化的相关法律法规相继出台，指标也不断提高。Fe-Cr-Al合金材料作为催化剂用金属载体表现出良好的性能，有着广泛的应用前景，同时对其也提出了有别于普通电热合金材料的特殊性能要求。由于Fe-Cr-A