[发明专利]超高电阻温度系数钯铁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及具有超高电阻温度系数的钯铁合金的制备方法，制备出的超细丝可代替纯Pt丝制备接触燃烧型气体传感器线圈。

背景技术

在贵金属材料中，铂的电阻温度系数最大(α_0～100℃＝3927ppm/℃)，物理化学性能最稳定，铂丝首选作为气敏元件的线圈材料，但是铂电阻率小、强度低，为提高敏感元件的灵敏度，通常只能使用线径非常小的铂细丝，细小而软的铂丝给元件的制作带来很大的困难，气敏元件因铂丝断裂而报废。通常，贵金属元素固溶合金化后电阻率升高、电阻温度系数下降，然而Pd3Fe相合金则相反，这与钯铁合金形成有序相Pd3Fe结构密切相关。

Pd3Fe有序相结构的钯铁合金具有良好的综合性能：超高的电阻温度系数、高的电阻率和强度，可用作接触燃烧型和热线型气敏元件的线圈材料，代替目前普遍采用的高纯铂丝，不仅降低了传感器成本，而且也可提高其灵敏度(特别是可以用来检测低浓度CO等气体)。英国和日本已用具有Pd3Fe有序相的PdFe合金超细丝制备出高灵敏度的接触燃烧型CO敏感元件，但具体成分和制作工艺还没有相关的公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种钯铁合金超细丝，电阻温度系数高达8720ppm/℃，用来代替纯Pt丝制备接触燃烧型气体传感器，提高传感器的灵敏度的同时减低传感器的制作成本，填补该领域国内空白。

本发明提出的具有超高电阻温度系数的钯铁合金，其成分质量百分比为72～75Pd、25～28Fe。该成分区域的钯铁合金存在Pd3Fe有序相结构(类似于AuCu3)，具有超高的电阻温度系数的独特电学性能。

本发明提出的钯铁合金用如下方法制备：合金各组元按名义含量配料，原料纯度大于99.99％，采用快速凝固技术中的合金熔液注入快冷法，制备出了Ф0.2mm的非晶合金线材。工艺参数如下：熔化温度—1350～1480℃、喷嘴直径—300μm、喷射速度—1.5m/s、冷却液—20～28％MgCl₂盐水、冷却液的温度213～257K、冷却液在导流管中的流速—1.65～2.15m/s、获得非晶合金线材的直径—0.15～0.28mm。

采用常温拉拔塑性变形，道次变形量0.5～1.5％内，总变形量40～60％、中间退火采用温度600～750℃(保温时间20～40分钟)，最后制备出直径为0.015～0.03mm的超细丝材。

钯铁合金经过高温固溶连续退火后再进行有序化转变，获得的电阻温度系数比钯铁合金直接进行有序化转变的要提高很多，所以钯铁合金的成品处理包含：高温固溶连续退火(900～1000℃)和有序化转变热处理(750℃～880℃，保温12h)，合金获得超高的电阻温度系数(8015～8720ppm/℃)。

具体实施方式

实施例1 合金各组元按75.0％Pd，25.0％Fe的含量配料(质量百分比)，原料纯度大于99.99％，采用快速凝固技术中的合金熔液注入快冷法(工艺参数如下：熔化温度—1390℃、喷嘴直径—300μm、喷射速度—1.5m/s、冷却液—23％MgCl2盐水、冷却液的温度224K、冷却液在导流管中的流速—1.95m/s)，制备出了Ф0.2mm的非晶合金线材。采用常温拉拔塑性变形，道次变形量0.8％内，总变形量50％、中间退火采用温度700℃(保温时间20～40分钟)，最后制备出直径为0.015mm的超细丝材。随后进行950℃固溶连续退火(收线速度20转/分钟)和800℃保温12小时的有序化转变热处理，合金的电阻温度系数达到最大值，最后测量其电阻温度系数8015ppm/℃，电阻率36μΩ·cm，抗拉强度1150MPa。

实施例2 合金各组元按73.0％Pd，27.0％Fe的含量配料，原料纯度大于99.99％，采用快速凝固技术中的合金熔液注入快冷法(工艺参数如下：熔化温度—1420℃、喷嘴直径—300μm、喷射速度—1.5m/s、冷却液—23％MgCl2盐水、冷却液的温度224K、冷却液在导流管中的流速—1.95m/s)，制备出了Ф0.2mm的非晶合金线材。采用常温拉拔塑性变形，道次变形量0.8％内，总变形量50％、中间退火采用温度700℃(保温时间20～40分钟)，最后制备出直径为0.015mm的超细丝材。随后进行950℃固溶连续退火(收线速度20转/分钟)和830℃保温12小时的有序化转变热处理，合金的电阻温度系数达到最大值，最后测量其电阻温度系数8450ppm/℃，电阻率32μΩ·cm，抗拉强度1208MPa。