[发明专利]一种铬基合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于铬基合金技术领域，涉及高温应用的粉末冶金铬基合金，尤其是应用于燃料电池连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。上述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.October1998，pp265-267）一文报道了燃料电池连接板使用含有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，需将单个电池连接成大功率电堆。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，能长期稳定工作的材料作为连接材料。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的其他组件更匹配，可以满足平板型SOFC的各种要求。

一般而言，温度越高，燃料电池发电效率越高，但对连接板的要求也越高（主要要求连接板具有较强的高温性能和强度），Fe：5%和Y₂O₃：1%的铬基合金使用温度一般在750～900℃，使用时间在九千小时，虽然与纯铬材相比有了很大提高，但是如果用于燃料电池连接板还是不够的（燃料电池寿命大约为40000小时），因此需要研发出一种新的铬基合金来满足高温长期使用的要求。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种在高温条件下可长期使用的铬基合金，应用于燃料电池连接板。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种在高温条件下可长期使用的铬基合金的制造方法，可有效降低烧结温度，改善烧结变形。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铬基合金，其特征在于：该铬基合金的组成成份为：Fe：4～6%，Y₂O₃：0.8～1.2%，Mn：0.1～15%，不超过2%的不可避免的杂质，Cr：余量，上述百分比为质量百分比。

作为优选，所述组成成份为：Fe：5%，Y₂O₃：1%，Mn：2%，不超过2%的不可避免的杂质，Cr：余量，上述百分比为质量百分比。

作为优选，所述Fe、Mn和Cr三种元素的添加以元素粉末的形式添加，或者以母合金的形式加入。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种铬基合金的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1）按照合金的各组分配比进行混合，混合时添加不超过合金质量1%的粉末成形润滑剂；

2）将上述混合粉末在成形压机上进行压制，采用普通模压，成形压力400～2000MPa，成形密度大于5.3g/cm³～7.0g/cm³；

3）脱蜡和烧结：采用连续的烧结炉或非连续的烧结炉进行烧结，烧结气氛为真空或纯氢或惰性气体，脱蜡温度可为300～800℃，时间5～60分钟，烧结温度为1200～1500℃，时间10～200分钟；

4）烧结结束后进行冷却；

5）最后对制得的合金进行分析与检测。

作为改进，所述步骤1)中的粉末成形润滑剂为有机润滑剂粉末，粉末成形润滑剂的加入量占合金质量的0.3～0.5%。

作为改进，所述步骤2）的压制不局限于普通模压，还可采用温压成形或温模成形，以便降低成形压力，提高生坯强度，压制的密度为6.1～6.5g/cm³。

再改进，所述步骤3）中的烧结的具体过程为：使用连续的烧结炉，脱蜡与烧结过程连续完成，或者使用非连续的烧结炉，脱蜡与烧结过程分离；所述脱蜡温度为300～800℃，脱蜡时间为5～60分钟，烧结温度为1350～1450℃，烧结时间为10～200分钟，当使用真空作为烧结气氛时，需要反充低于100KPa的惰性气体。

作为优选，所述惰性气体为氩气，压力为30～50Kpa。

再改进，所述步骤4）中的冷却可采用通入惰性气体强制冷却，也可随炉冷却。