[发明专利]氢燃料电池空压机经济型镍铬基高温合金及其箔片

说明书

氢燃料电池空压机经济型镍铬基高温合金及其箔片，合金的重量比成分范围为：Fe 8‑15％，Cr15‑20％，Al 0.4‑2％，Ti 1‑2.5％，Nb≤1.5，Mo≤1.5，W≤1.5，Si0.5,C0.06,Zr0.06,P0.005,S0.005,其余为Ni；通过固溶强化和利用Ti和Al元素在合金中形成15～25％的有序强化相(Ni₃(Al,Ti))来提高其高温强度，其在750℃的抗拉强度大于700MPa。有效降低合金的成本。延展性好，能制成0.5μm以下的箔，制备无油空压机箔片弹簧。平均氧化增重只有对比合金GH2984的三分之一，持久寿命远高于对比合金GH2984。

技术领域

本发明属于IPC分类C22C高温合金材料技术领域，还特别涉及一种箔片弹簧用箔(0.5mm)的合金材料以及制备方法，尤其是氢燃料电池空压机经济型镍铬基高温合金及其箔片。

背景技术

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，又被称为“超合金，”主要应用于航空航天领域和能源领域。镍铬合金的最高使用温度多在1000℃以上，应当算是高温合金。

镍基合金是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。按照主要性能又细分为镍基耐热合金，镍基耐蚀合金，镍基耐磨合金，镍基精密合金与镍基形状记忆合金等。高温合金按照基体的不同，分为：铁基高温合金，镍基高温合金与钴基高温合金。

空压机是车用燃料电池阴极供气系统的重要部件，通过对进堆空气进行增压，可以提高燃料电池的功率密度和效率，减小燃料电池系统的尺寸。但空压机的寄生功耗很大，约占燃料电池辅助功耗的80％，其性能直接影响燃料电池系统的效率、紧凑性和水平衡特性。

燃料电池离心式无油空压机采用箔片式动压气体轴承，其100％无油、纯空气。承载力大、耐高温和超长使用寿命，可有效防止喘振，降低能量消耗，无机械接触、0摩擦。氢燃料电池无油空压机采用电机与涡轮同轴直联式结构，效率高达92％，具有高速稳定性好、无需齿轮箱和润滑油系统、实现了体积小、轻量化，噪音在70分贝以下，它采用空冷和水冷工作状态，提高了空压机的效率。空压机还采用无位置传感器矢量控制，结构简单，动态响应速度快，连线简洁。由于这种空压机的转速高达每分钟10万转，温度高达750℃，还要抗震效果好，耐磨性能好，同时要求涡轮弹簧箔片的厚度很薄(0.5mm)，使用寿命越长越好。

然而目前，尚无合适的材料用于制备该箔片弹簧。

较为接近的镍铬高温合金技术已公开专利申请也较少。

中国专利申请201710953855.X公开了合金材料领域内的一种镍铬合金，该合金的组成及含量为：Ni为30.5～35.0wt％，Cr为21.5～26.5wt％，C为1.0～2.3wt％，Mn为2.3～6.2wt％，Cu为8.5～11.5wt％，S为2.3～4.3wt％，Zn为11.0～12.3wt％，B为2.6～5.2wt％，O为1.3～3.2wt％，Fe为12.5～15.3wt％，其余为不可避免的杂质。通过在镍铬合金中添加了Fe、C和Cu元素，增强了镍铬合金内的奥氏体和渗碳体，具有更好的结构强度和硬度，抗腐蚀性更强，能够用于制造切削工具。制得的合金具有高强度和抗腐蚀性，常用于制造切削工具；用喷镀、沉积和高温扩散等方法在本合金的表面形成抗腐蚀合金层，具有保护作用，可以提高切削工具在切削时的强度，不会被工件磨损，延长了切削工具的使用寿命。