CN1030089C - 铂基高温高强高阻合金 - Google Patents
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Abstract
一种铂基高温高强度阻合金，其特征是所说的合金含有Sc0.2～2.0%，余量为Pt。在所说的合金中还可加入Rh0～40%和/或M0～2%(M＝Cr、Mo、Ta中之至少一种)。本合金具有优良的高温力学性能和抗氧化能力，持久强度很高，电阻率较大，生产成本低于Rt-Rh合金。本发明合金可以取代PtRh7、PtRh10合金作玻纤漏板材料和喷丝头材料，还可用作硝酸工业催化网材料。
Description
本发明涉及工程用，特别是玻纤漏板用铂基高温、高强、高阻合金。
在高温、腐蚀性气氛工程中，特别是在玻璃纤维生产中用的漏板材料，需要材料具有优良的高温抗氧化、耐熔融玻璃腐蚀、抗高温蠕变性能;此外，漏板蚶蜗本身作为发热体，还要求其具有较高的电阻率。目前世界玻纤生产中广泛使用的漏板材料，主要是含Rh5～25%的Pt-Rh二元合金。典型的合金是PtRh7、PtRh10、PtRh20，它们分别含有Rh7、10、20%。由于贵金属Rh比Pt更加稀缺而昂贵（近几年Rh价猛涨，曾高达100万元/Kg），而且PtRh合金的高温力学性能也不尽令人满意，所以各国研究人员一直在研究用新的合金取代或部份取代PtRh合金，特别是取代高Rh含量的PtRh合金。Neue Hutte，1980，25（4），145～148[1]一文中，较为详细地研究了添加稀土元素Y对Pt的力学性能和电学性能的影响，根据该文实验结果、在含Y0.02～0.33%的Pt-Y合金中，以含Y0.04～0.13%的Pt-Y合金的综合性能较佳，其在1200℃下1000小时的持久强度σ1000h高于PtRh10和PtRh20合金，但其σ10h和σ100h则低于上述PtRh合低，特别是在1200℃下的蠕变断裂时间更远低于PtRh10，故不理想。U.S.Pat.4123263[2]公开了一种玻纤漏板用铂基合金，其成分为B0.001～0.5%，Zr0.015～1.25%，Rh10～40%，余量为Pt。在其试验温度（2400～2900°F）和应力（600、800、1000磅/英寸2）范围内，该合金在某些选定的成分上，其蠕变速率低于PtRh24合金。该专利还提利，可以用Hf和/或Mg或Y、La、Ti、Nb、Ta中之至少一种（总含量0.01～1.25%）来全部或部分取代合金中的Zr。但该专利中没有高温持久强度数据;合金中含有B和Zr，高温下由于内氧化作用，会降低合金的焊接性能;另外，该合金含Rh量太高，使制造成本增高。中国专利申请CN89106547[3]公开了一种玻纤漏板用铂基耐热合金。该合金含La和/或Ce0.10～0.45%，余量为Pt。在此合金中，还可选择性地加入Rh0～20%。较之前述一些合金，该合金具有类似的高温抗氧化性、抗腐蚀性，但其综合高温力学性能则比前述合金更优，持久强度高。
本发明的目的的之一，在于克服现有技术之不足，提供一种更新的不含Rh的玻纤漏板用铂基高温、高强、高阻合金，其高温抗氧化性和耐蚀性与上述Pt-Rh、Pt-Y、Pt-La和/或Ce相当或更优，但其综合高温力学性能则优于上述合金，电阻率高于上述合金，且其制造成本比PtRh合金低廉。
本发明的另一目的是，对现有PtRh合金加以改进，进一步增强高温抗蠕变能力，用低Rh含量铂合金来代替高Rh含量铂合金，以降低生产成本。
本发明的技术解决方案是，改变合金元素，即通过实验，用优选的合金元素Sc取代或部分取代Rh作为Pt的合金元素，并在合金中适当添加难熔金属元素，以进一步提高合金的高温力学性能和提高合金的电阻率。
本发明的特征是，所说的铂基高温，高强、高
阻合金含有Sc0.2～2.0重量%，余量为Pt，优先推荐含有Sc0.5～1.5重量%的铂基合金;在上述所说的Pt-Sc合金中，还可选择性地加入Rh0～40重量%，优先推荐的含Rh合金的成分为（重量）%）：Sc0.5～1.5，Rh3～20，余量为Pt;在上述所说的二元Pt-Sc或三元Pt-Rh-Sc合金中，还可选择性地加入难熔元素M0～2.0重量%，其中M为从Cr、Mo、Ta中选择的至少一种，在上述所说的Pt-Sc-M或Pt-Sc-Rh-M合金中，优先推荐的合金成分为（重量%）Sc0.5～1.5，M0.5～1.5，余量为Pt;或者Sc0.5～1.5，Rh3～20，M0.5～1.5，余量为Pt。
在合金中加入Sc可以显著地提高合金的高温力学性能和电阻率。但是，如Sc含量低于0.2%，则其强化效果不显著;若Sc含量高于2.0%，则会使合金加工困难，性能变坏。过渡难熔元素Cr、Mo、Ta或Pt、Rh、Sc具有相加，甚至相乘（如Cr）的作用，它们使合金的耐热强度和电阻率进一步提高，但如加入量高于2.0%，也会使合金加工困难和使性能变坏。
同现有玻纤漏板材料相比，本发明合金有如下突出优点：
1.本发明的Pt-Sc合金的综合高温力学性能比一般的Pt-Rh合金和现有的Pt-RE合金（RE为Sc以外的稀土元素）显著优良，Pt-Sc合金的σ1000h比Pt-Rh或Pt-RE高2～3倍，可以用Pt-Sc合金取代PtRh7、PtRh10，甚至取代PtRh20合金。
2.Pt-Rh-Sc合金的综合高温力学性能也比现有的Pt-Rh和Pt-Rh-RE合金更优异，其σ1000h高出4～5倍。
3.本发明合金的电阻率较现有的Pt-Rh或Pt-RE合金显著地高，前者为后二者的1.5～3倍，是优良的高温发热体，它在玻纤生产中可节约电力。
4.在Pt-Sc和Pt-Rh-Sc合金中加入Cr、Mo、Ta（特别是Cr），其高温持久强度和电阻率又大幅度提高，性能更加优良。
5.本发明合金通过氧化处理或在高温使用过程中与大气接触，能在表面形成一层致密氧化物保护层，从而阻止了高温下基体金属的挥发。
6.生产成本低，以Pt-Sc合金取代PtRh10合金为例，按现行国内Sc和Rh价计算，1kgPt-Sc合金的生产成本比1kgPtRh10低约6万元，同时可节约Rh0.1kg。
实施例：
将成分如表1所示的合金各组元（纯度≥99.9%）金属粉末混合均匀，压成块、装入刚玉坩蜗中，在真空充氩气条件下用工频炉熔化。熔液注入水冷铜模。Pt-Sc合金用常规方法将铸锭加工成片或丝材;Pt-Rh-Sc合金需在1100～1200℃热锻开坯，然后加工成材。退火丝在1200和1400℃下测定其10、100、1000小时的持久强度σ和电阻率ρ，其结果如表1所示。部分合金丝材在高温内氧化处理后，再测其持久强度和电阻率，其结果如表2。
Claims (9)
1、一种铂基高温高强高阻合金，其特征在于合金成分(重量)含有Sc0.2～2.0%，余量为Pt。
2、如权利要求1的合金，其特征在于合金成分（重量）含有Sc0.5～1.5%，余量为Pt。
3、如权利要求1或2的合金，其特征在于合金成分（重量）中还加入有Rh0～40%。
4、如权利要求3的合金，其特征在于合金成分（重量）有Sc0.5～1.5%，Rh3～20%，余量为Pt。
5、如权利要求1或2的合金，其特征在于合金成分（重量）中还加入有难熔金属M0～2.0%，M为从Cr、Mo、Ta中选择的至少一种。
6、如权利要求5的合金，其特征在于合金成分（重量）含有Sc0.5～1.5%，M0.5～1.5%，余量Pt。
7、如权利要求3的合金，其特征在于合金成分（重量）中还可加入M0～2.0%。
8、如权利要求7的合金，其特征在于合金成分（重量）中含有M0.5～1.5%。
9、如权利要求7或8的合金，其特征在于合金成分（重量）含有Sc0.5～1.5%，Rh3～20%，M0.5～1.5%，余量Pt。
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