[发明专利]一种高Cr含Ni的Fe‑B基耐锌液腐蚀的整体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温合金制备技术，特别涉及一种高Cr含Ni的Fe-B基耐锌液腐蚀的整体材料以及制备方法。

背景技术

液态金属的腐蚀一直以来都是困扰核工业以及镀锌业的难题，已经成为一个世界范围内的难题。尤其是沉没在液态金属中的设备构件，受到熔融态金属的强烈腐蚀与磨损，频繁地更换设备，不仅造成了材料的浪费，也造成了大量的经济损失。目前，耐液锌腐蚀整体材料主要有铁基，钴基，Mo-W系，以及陶瓷材料等，钴基超合金价格昂贵，陶瓷以及Mo-W合金系具有很大的脆性。其中Fe-B合金以其低廉的价格，良好的耐液锌腐蚀性得到广泛的关注。

Fe-B合金最初由澳大利亚昆士兰大学发明，发明初衷是出于一种铁基耐磨材料，其显微组织为α-Fe+Fe₂B，B元素在晶界处的非平衡偏聚使得Fe-B合金形成了以Fe₂B的3D网格包围着基体Fe的特殊结构。另外Fe₂B与锌液不润湿，保证了Fe-B系列合金的耐腐蚀性。但是Fe₂B具有本质脆性，是一种脆性相。在锌液中由于热腐蚀，热脆性的趋势加大。未经合金化的Fe-B合金，基体的α-Fe很快就被锌液优先腐蚀了，再加之Fe₂B的脆性，在相变应力下从基体上剥落掉，从而导致材料的过早失效。很多研究证实Cr是提高耐液锌腐蚀的主要元素，有研究将Cr加入到Fe-B合金中，但是高铬的加入使得Fe₂B不再连续致密，虽然提高了基体的耐蚀性，改善了Fe₂B的韧性，但是没有了网格状Fe₂B的阻挡作用，其耐液锌腐蚀性仍不理想。在Galvalume浸镀中，浸镀温度达到了600-640℃，对材料的高温热稳定性的要求更高了。结合我国的生产现状，高消耗，低效率的模式已经严重制约了国家经济的发展，因此，有必要研发一种适合我国的生产现状，资源现状，成本低廉并且组织以及性能稳定性优异的新型耐液锌腐蚀材料。

发明内容

针对现有Fe-B系列合金存在的上述不足以及我国的资源现状，本发明提供一种高Cr含Ni的Fe-B基耐锌液腐蚀的整体材料。

本发明的技术方案为：

一种高Cr含Ni的Fe-B基耐锌液腐蚀的整体材料，由如下按质量百分比计的组分构成：

Cr 18％，Ni 4～14％，Mo 1～2％，B 3.5-3.88％，Fe余量。

优选为，Cr 18％，Ni 6～14％，Mo 1～2％，B 3.5-3.88％，Fe余量。

更优选为，Cr 18％，Ni 8～10％，Mo 1％，B 3.5％，Fe余量。

最优选的是，Cr 18％，Ni 10％，Mo 1％，B 3.5％，Fe余量。

上述的高Cr含Ni的Fe-B基耐锌液腐蚀的整体材料的制备方法，其特征在于，采用磁控非自耗真空熔炼炉熔炼，包括如下步骤：

(1)为尽量减少B元素的烧损，将硼含量为17wt％的硼铁放在坩埚底部，坩埚底部通有循环冷却水，然后将Cr粒、电解Ni块、Mo片以及工业纯铁块覆盖其上，所述原料满足如下按质量百分比计的配比：

Cr 18％，Ni 4～14％，Mo 1～2％，B 3.5-3.88％，Fe余量；

或Cr 18％，Ni 6～14％，Mo 1～2％，B 3.5-3.88％，Fe余量；

或Cr 18％，Ni 8～10％，Mo 1％，B 3.5％，Fe余量；

或Cr 18％，Ni 10％，Mo 1％，B 3.5％，Fe余量；

(2)初次熔炼时，将电弧置于工业纯铁块上，让流动的Fe液包覆着Cr粒，Ni块、Mo片以及硼铁，熔炼电流为100A，然后将钨极对准熔池中间，旋转电弧进行机械搅拌，其间施加数次60～100A的电流，熔炼时间为1分钟；

(3)进行翻转，反复熔炼4次以上，得到高Cr含Ni的Fe-B基耐锌液腐蚀的整体材料。

在上述步骤中，施加数次电流时，不同的电流能够产生交变磁场，从而对熔融态的试样起到电磁搅拌的作用，有利于成分的均匀化。

上述所得产品形状为纽扣状。

为了研究其耐腐蚀性能，对其进行腐蚀实验，腐蚀实验的试样制作按如下操作进行：

(1)利用电火花数控线切割机在所得产品中切割出形状规则的15×9×4mm试样，切割位置优选产品的中心位置；

(5)在试样的两边用线切割机切割出2×1mm的槽，用直径为1mm的纯度为99.99wt％的钨丝绑住试样，用于腐蚀实验。