[发明专利]具有高温抗氧化的原位纳米颗粒增强FeCrB合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有高温抗氧化的原位纳米颗粒增强FeCrB合金及其制备方法，该方法通过向基础FeCrB合金中添加一定含量的钛元素，与合金中的硼元素和碳元素原位生成不同含量的TiB₂和TiC陶瓷颗粒。这些纳米陶瓷颗粒不仅可以优先氧化生成TiO₂颗粒作为Cr₂O₃的有效形核质点，促进连续致密的Cr₂O₃保护膜的生成，还能够阻碍基体中的阳离子向外扩散。此外，依附在富铬的硼化物的表面所形成的纳米壳层也可以有效地阻碍氧离子向硼化物内部扩散以及硼化物中的阳离子向外扩散，进而减缓硼化物的氧化并控制氧化膜的生长，提高FeCrB合金的高温抗氧化性能。

技术领域

本发明属于金属高温抗氧化技术领域，具体涉及一种具有高温抗氧化的原位纳米颗粒增强FeCrB合金及其制备方法。

背景技术

在铝合金液态成型生产过程中，坩埚、料筒和模具等金属零件在高温下与铝液接触，容易被其侵蚀而逐渐失效。高硼钢被认为是一种抗铝液腐蚀性能优异的材料，但是较差的高温抗氧化性能极大地限制了其在高温工况下的应用。因此，有必要提高高硼钢的高温抗氧化性能。

良好的高温抗氧化性能需要具备两个条件，即形成连续致密的氧化保护膜，且氧化膜与基体结合性良好。对此，传统合金化处理被认为是一种简单有效的方法，通常采用铬和铝元素在高温下氧化形成的Cr₂O₃和Al₂O₃，然而形成连续致密的氧化保护膜需要高含量的铬或铝。而添加高含量的铬会改变高硼钢中硼化物的尺寸形貌，生成粗大的板条状硼化物，在一定程度上削弱了高硼钢的力学性能和抗铝液腐蚀性能；添加高含量的铝则会与铁基体反应形成硬脆的Fe-Al金属间化合物，与铝液接触时会加速合金的腐蚀。因此，很难通过单一的合金化的方式来同时提高高硼钢的耐铝液腐蚀性能和高温抗氧化性能。此外，研究发现也有用稀土及其氧化物可以有效地增强氧化膜与基体地结合性，但添加稀土或其氧化物来改善合金的高温抗氧化性依然存在其他问题，如向熔体中直接添加氧化物颗粒容易发生团聚，进而削弱其效果；此外，稀土元素相对稀缺且价格昂贵，难以大规模应用于普通民用工业生产。

专利号CN 107747066 A公布了一种内生纳米TiC陶瓷颗原位增强铸造高铬热作模具钢及其制备方法，采用在高铬钢化学成分的基础上，添加质量百分比为30％的纳米尺寸TiC陶瓷颗粒变质剂的方法，该方法直接添加TiC陶瓷颗粒，相较于钢液，TiC陶瓷颗粒的密度较低、且易发生团聚，和钢液的润湿性也较差，导致最终在基体中分散不均匀，力学性能较差。

故而，在有必要采取其它的措施来克服传统合金化所带来的固有缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种具有高温抗氧化的原位纳米颗粒增强FeCrB合金及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术来实现的：

一方面，本发明涉及一种具有高温抗氧化的原位纳米颗粒增强FeCrB合金，包括如下质百分比的各组分：C 0.35-0.5％，B 3.5-4.0％，Cr 12.0-16.0％，Si 1.5-3.0％，S＜0.05％，P＜0.05％，Ti 0.8-1.6％，余量为铁。

本发明限定的Ti含量为0.8-1.6％，若Ti含量小于0.8％，会造成原位生成的TiC和TiB₂陶瓷颗粒不足，导致这些陶瓷颗粒在高温下优先氧化生成TiO₂颗粒不足，继而可以作为Cr₂O₃的有效形核质点不足，因而，提高FeCrB合金的高温抗氧化性能有限；若Ti含量大于1.6％，会造成原位生成的TiC和TiB₂陶瓷颗粒尺寸为微米级，且容易发生团聚，对提高FeCrB合金的高温抗氧化性能也有限。