[发明专利]一种FeCrAl合金粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了一种FeCrAl合金粉末，其平均粒度≤27μm，其主要组分质量百分比为：Cr：10～25％，Al：3～7％，Y：0～0.5％，Ti：0.05～0.2％，Zr：0.05～0.2％，Mn：0.05～1％，Si：0.05～1％，O：0.2％～0.4％，N：0.004％～0.03％，Mo:0～5％,W:0～5％,其余为Fe，和杂质元素。该FeCrAl合金粉末的的粒径小，化学成分均匀，而且粉末含氧量高。本发明还公开了一种气水组合雾化制备FeCrAl合金粉末的方法，包括：a、按照需求配比原材料熔炼成液态合金；b、采用气水组合雾化工艺，对所述步骤a中的液态合金进行制粉，得到合金粉末。本发明的制备方法可适性广，工艺简洁。制备出的铁铬铝合金由于纳米氧化物的弥散强化作用，其各项性能均有较大提升。

技术领域

本发明属于氧化物弥散强化合金的制备技术，具体涉及一种FeCrAl合金粉末，特别地，还涉及一种气水组合雾化制备FeCrAl合金粉末的方法。

背景技术

采用电热合金制备的电加热元件，工作温度范围在500～1400℃，被广泛应用于机械、冶金、化工、食品等领域。其中1000-1400℃主要采用FeCrAl材料，传统的FeCrAl合金主要采用熔炼方法制备，熔炼工艺是传统成熟的工艺路线，但制得的FeCrAl合金存在以下问题：(1)高温强度低，容易产生蠕变变形；(2)室温下，塑性和韧性较差，不利于加工；(3)经高温使用后，晶粒长大变脆，使用寿命短，更换频率高，不能重复使用。近几年采用粉末冶金工艺制备的ODS-FeCrAl(氧化物弥散强化FeCrAl合金)由于高温下稳定的纳米氧化物等在晶界及晶内大量析出，在高温下能够钉扎位错，阻止晶粒长大，并且由于Al₂O₃的存在，合金高温下的抗氧化性得到提高，因此材料高温强度、抗氧化和抗磨蚀能力，以及加工性能得到改善。目前国内外主要采用MA(机械合金化)的方法制备ODS-FeCrAl合金。机械合金化是将氧化物粉末和金属粉末在球磨机或研磨机中研磨，将研磨后得到的混合粉末通过热等静压方式制成ODS合金。但机械合金化的工艺过程复杂，耗时长，效率比较低，同时材料的一致性、稳定性也比较难以把控，大批量制备很困难。

为了克服机械合金化的缺点，粉末内氧化也被应用在ODS钢粉末制备技术上。相关技术GARS(气雾化反应合成)及STARS(表面处理气雾化粉反应合成)也成为研究热点。然而对于含Al量较高(如5％)的合金，GARS法存在一定困难，STARS法处理工艺周期较长。

本发明开发了一种雾化和增氧处理几乎同步完成的工艺，可以使ODS合金前体粉末的粒径大大降低，粒径越小，制备得到的ODS合金的氧分布均匀，弥散效果好，高温性能佳。且生产成本低，制备的材料性能优异，有望大批量推广应用。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：目前粉末冶金工艺制备的ODS-FeCrAl合金的氧含量较低，氧的弥散情况不佳，导致其高温性能较差。相关技术中，CN106001590A公开了一种铁基金属间化合物预合金雾化粉末新材料，这种粉末是采用气水组合的方法制得，其中Al的质量百分比在13％-18％之间，Fe和Al形成铁三铝金属间化合物，其特点是有较好的高温抗氧化性和抗硫化性，但其室温塑性较差，难以加工，实际生产中有诸多限制，导致后期成本提高。而且该粉末的粒度分布不均，粒度分布为：-40+80目，-60+100目，-40+150目，-80+160目，-150+250目，-150+500目，-500目，这种粉末常用做制备过滤材料。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种FeCrAl合金粉末及制备方法，通过调整Fe-Al比例避免了铁三铝相的形成，而且通过控制气水组合中的气压和水压来降低粉末粒径，从而获得含氧量高，粒径小的合金粉末。制备所得合金粉末的化学成分均匀，采用该FeCrAl合金粉末，制备出的ODS-FeCrAl合金各项高温性能均有较大提升。且本发明实施例的制备方法可适性广，工艺简洁。