[发明专利]一种铬基合金材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温应用的粉末冶金铬基合金及其制造方法，尤其是应用于燃料电池联接板的铬基合金及其制造方法。

背景技术

金属铬熔点高(1857℃)，比强度大（强度和密度之比），具有良好的抗氧化性能和抗高硫、柴油燃料、海水腐蚀性能以及高的热导率。因此在高温领域有着巨大的潜在应用前景。但是铬的韧脆转换温度较高。其次，当高温下暴露于空气中时，因氮的渗入，使合金塑性变坏,冲击韧性也不能达到要求。这些缺陷限制了铬基合金的应用。

《粉末冶金纯铬和铬合金材料》（稀有金属材料与工程，Vol.27.Supp.October 1998，pp265-267）一文报道了燃料电池联接板使用含有Fe：5%和Y2O3：1%的铬基合金。固体氧化物燃料电池具有发电效率高，排放物少，噪声低等优点。采用固体氧化物燃料电池进行发电时，需将单个电池联接成大功率电堆。这种电池堆需要耐高温氧化，导电导热性良好，热膨胀特征与电池其他组件相匹配，能形成的氧化膜，具有低的过渡电阻，能长期稳定工作的材料作为联结材料。铬和铬合金材料的优异特性能够满足燃料电池的要求。与纯铬材相比，含有Fe：5%和Y₂O₃：1%的铬基合金在高温下抗腐蚀性能更为优异，还有其热膨胀性能与电池其他组件更匹配，可以满足平板型SOFC的各种要求。

含有Fe：5%和Y₂O₃：1%的铬基合金目前已能满足一般应用的要求。在混料时铁通常以纯铁粉的形式加入，通过高温烧结进行合金化。由于铁粉颗粒较粗，烧结扩散不完全，烧结后存在铁的聚集，合金化程度受到限制（见图1）。

本发明就是为了解决铁元素在烧结后存在聚集的问题，改善合金化效果，提升材料的性能，尤其是高温性能。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种铬基合金材料，其解决铁元素在烧结后存在聚集的问题，改善合金化效果，提升材料的性能，尤其是高温性能。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种避免烧结后铁元素聚集、能够高温长期使用的铬基合金材料的制造方法。

本发明解决上述第一技术问题所采用的技术方案为：一种铬基合金材料，其特征在于组成成分为：

Fe：4～6%，

Y₂O₃：0.5～1.5%，

不超过2%的不可避免的杂质，

Cr：余量，

Fe采用铁铬母合金的形式加入，余量铬为电解铬粉或还原铬粉，

上述采用质量百分比。

作为优选，所述步骤1）中铬基合金材料的成分铁为5%，氧化钇为1.0%，余为铬。

本发明解决上述第二技术问题所采用的技术方案为：一种铬基合金材料的制造方法，其特征在于依次包括以下步骤：

1）设计材料组成:本发明以《粉末冶金纯铬和铬合金材料》（稀有金属材料与工程，Vol.27.Supp.October 1998，pp265-267）一文中的铬基合金为基础，合金成分为Fe：4～6%，Y₂O₃：0.5～1.5%，不超过2%的不可避免的杂质，Cr：余量。Fe采用铁铬母合金的形式加入，余量铬为电解铬粉或还原铬粉。

2）按照上述成分，进行混合，混合时添加不超过1%的粉末成形润滑剂，润滑剂为有机润滑剂粉末。

3）压制，将上述混合粉末在成形压机上进行压制，压制可以采用普通模压，成形压力低于2000MPa，生坯密度大于5.3g/cm³。为了降低成形压力，提高生坯强度，可以采用温压成形、温模成形。对于同样的生坯密度，温模或温压成形的压力比常规成形降低10～30%；或同样的压力，产品的生坯密度提高0.1～0.3g/cm³。

4）脱蜡和烧结：对于使用连续的烧结炉，脱蜡与烧结过程连续完成，脱蜡温度低于800℃，时间少于60分钟，烧结温度为1200～1550℃，时间不低于10分钟，烧结气氛为真空或纯氢或惰性气体。也可采用非连续的烧结炉，脱蜡与烧结分离。对于非连续烧结，脱蜡温度低于800℃，时间少于60分钟，烧结温度为1200～1550℃，时间不低于10分钟，烧结气氛为真空或纯氢或惰性气体。对于使用真空作为烧结气氛，需要反充低于100KPa的惰性气体以阻止铬的蒸发。

5）冷却：烧结结束后可以采用通入惰性气体强制冷却，也可随炉冷却。

作为优选，步骤1中：Fe：5%和Y₂O₃：1%。