[發明專利]一種鉻基合金及其制造方法

在審

• 申請號: 201310366077.6
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN104419858A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 包崇璽;周國燕;柳睿
• 申請（專利權）人: 東睦新材料集團股份有限公司
• 主分類號: C22C27/06
• 分類號: C22C27/06;C22C1/05
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本發明屬于鉻基合金技術領域，涉及高溫應用的粉末冶金鉻基合金，尤其是應用于燃料電池連接板的鉻基合金及其制造方法。

背景技術

金屬鉻熔點高(1857℃)，比強度大（強度和密度之比），具有良好的抗氧化性能和抗高硫、柴油燃料、海水腐蝕性能以及高的熱導率，因此在高溫領域有著巨大的潛在應用前景。但是，鉻的韌脆轉換溫度高，其次，當高溫下暴露于空氣中時，因氮的滲入，使合金塑性變壞，沖擊韌性也不能達到要求。這些缺陷限制了鉻基合金的應用。

《粉末冶金純鉻和鉻合金材料》（稀有金屬材料與工程，Vol.27.Supp.October1998，pp265-267）一文報道了燃料電池連接板使用含有Fe：5%和Y₂O₃：1%的鉻基合金。固體氧化物燃料電池具有發電效率高，排放物少，噪聲低等優點。采用固體氧化物燃料電池進行發電時，需將單個電池連接成大功率電堆。這種電池堆需要耐高溫氧化，導電導熱性良好，熱膨脹特征與電池其他組件相匹配，能長期穩定工作的材料作為連接材料。鉻和鉻合金材料的優異特性能夠滿足燃料電池的要求。與純鉻材相比，含有Fe：5%和Y₂O₃：1%的鉻基合金在高溫下抗腐蝕性能更為優異，還有其熱膨脹性能與電池的其他組件更匹配，可以滿足平板型SOFC的各種要求。

一般而言，溫度越高，燃料電池發電效率越高，但對連接板的要求也越高（主要要求連接板具有較強的高溫性能和強度），Fe：5%和Y₂O₃：1%的鉻基合金使用溫度一般在750～900℃，使用時間在九千小時，雖然與純鉻材相比有了很大提高，但是如果用于燃料電池連接板還是不夠的（燃料電池壽命大約為40000小時），因此需要研發出一種新的鉻基合金來滿足高溫長期使用的要求。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種在高溫條件下可長期使用的鉻基合金，應用于燃料電池連接板。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種在高溫條件下可長期使用的鉻基合金的制造方法。

本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：一種鉻基合金，其特征在于：該鉻基合金的組成成份為：Fe：4～6%，Y₂O₃：0.8～1.2%，V：0.1～15%，不超過2%的不可避免的雜質，Cr：余量，上述百分比為質量百分比。

作為優選，所述組成成份為：Fe：5%，Y₂O₃：1%，V：2%，不超過2%的不可避免的雜質，Cr：余量，上述百分比為質量百分比。

作為優選，所述Fe、V和Cr三種元素的添加可以采用元素粉末的形式添加，也可采用母合金的形式加入。

本發明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為：一種鉻基合金的制造方法，其特征在于包括以下步驟：

1）按照合金的各組分配比進行混合，混合時添加不超過合金質量1%的粉末成形潤滑劑；

2）將上述混合粉末在成形壓機上進行壓制，采用普通模壓，成形壓力400～2000MPa，成形密度5.3g/cm³～7.0g/cm³；

3）脫蠟和燒結：采用連續的燒結爐或非連續的燒結爐進行燒結，燒結氣氛為真空或純氫或惰性氣體，脫蠟溫度可為300～800℃，時間5～60分鐘，燒結溫度為1200～1550℃，時間10～200分鐘；

4）燒結結束后進行冷卻；

5）最后對制得的合金進行分析與檢測。

作為改進，所述步驟1)中的粉末成形潤滑劑為有機潤滑劑粉末，粉末成形潤滑劑的加入量占合金質量的0.3～0.5%。

作為改進，所述步驟2）的壓制不局限于普通模壓，還可采用溫壓成形或溫模成形，壓制的密度為5.3～7.0g/cm³。

再改進，所述步驟3）中使用連續的燒結爐時脫蠟與燒結過程連續完成，使用非連續的燒結爐時，脫蠟與燒結過程分離，所述脫蠟溫度為300～800℃，脫蠟時間為5～60分鐘，燒結溫度為1430～1490℃，燒結時間為10～200分鐘，當使用真空作為燒結氣氛時，需要反充低于100KPa的惰性氣體。

作為優選，所述惰性氣體為氬氣，壓力為30～50Kpa。

再改進，所述步驟4）中的冷卻可采用通入惰性氣體強制冷卻，也可隨爐冷卻。