[发明专利]一种Pt-Ru基高温合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Pt‑Ru基高温合金材料及其制备方法，具体涉及高温材料领域。所述合金材料包括Pt 75‑98％、Ru 1‑20％和合金材料0.05‑5％。所述制备方法包括初始锭子制备、铸锭、热轧和冷轧。本发明材料成本低、充分利用了Pt、Ru的金属间化合物做为弥散相强化Pt‑Ru合金，浇铸过程通过高能量的超声波的介入，使得合金内部及表面缺陷少，成分均匀，合金加工和使用性能较好，强度高，生产工艺简单。可取代部分Pt‑Ir、Pt‑Rh贵金属高温合金材料，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及高温合金材料领域，具体涉及一种Pt-Ru基高温合金材料及其制备方法。

背景技术

铂族工程材料(金属Pt、Pt合金等)无论在常温还是在高温均具有良好的力学性能和化学惰性，常被用于高温下使用的搅拌器、玻纤漏板、坩埚、点火材料等，在众多应用领域，仅高性能铂族工程材料方能满足高温长时间稳定服役要求，具有不可替代性。金属Pt具有高熔点，在高温下具有一定的力学性能和优良的耐腐蚀性能。然而在高温下作为结构材料，金属Pt的晶粒会随着在高温下工作时间的延长，晶粒严重长大呈现竹节状，导致材料在高温下的屈服强度、抗拉强度、蠕变性能等剧烈下降，严重影响了作为结构材料、功能材料在高温下的使用要求。通过晶界强化、固溶强化、形变强化、第二相强化、氧化物弥散强化等方法能提升Pt合金性能，其中氧化物弥散强化Pt-Rh合金是业界最为推崇的高性能Pt族工程材料之一，但制备极为复杂，工艺成本高。

在高新技术产业中，要求铂基材料具有更高的瞬时强度和高温持久强度，更长的高温蠕变寿命以及高温耐腐蚀能力。弥散强化铂的发展是基于铂合金固溶强化的效果不理想的情况下发展起来的。通过引入细小分散的第二相钉扎晶界，从而控制高温下晶界的正常滑动，抑制晶粒长大达到改善材料力学性能，这就是弥散强化方法。早在20世纪40年代，研究者开始了弥散强化铂的研宄。就Pt合金而言，弥散强化相可以是氧化物，碳化物和金属间化合物，但最常用的是氧化物弥散强化，弥散强化方法显著地改善了Pt的性能，但是加工的技术某种程度上限制了它的应用。

钌Ru是铂族金属元素之一，具有高熔点和抗腐蚀等优点。钌也是铂基合金比较好的强化元素之一，钌对铂起到固溶强化的作用。尽管钌对铂起到了明显的强化作用，但在室温及高温工作环境下，Pt-Ru合金的强度仍略显不足。

铂、钌和很多金属能够形成的金属间化合物，该化合物性能差别较大，具有高熔点、高硬度、高强度、高抗氧化性、高耐磨性、优良耐蚀性等特点，由于其晶体结构不同在铂合金中的存在及多少对铂合金的影响较大，因而，对过选择铂、钌的金属间化合物做为弥散相强化铂合金具有广阔的新型材料应用空间。制造方法目前主要有电弧熔炼法、自蔓延高温合成法、耦合还原法。

目前，Pt-Ru合金主要应用于低温燃料电池领域、催化领域，许多的文献和专利报道碳载Pt-Ru合金纳米催化剂作为低温燃料电池阳极催化剂具有较高的催化活性,如陈卫祥等(无机化学学报,2004，12(20)：1167-1170)报道用微波方法合成Pt-Ru/C纳米催化剂,具有较高的甲醇电化学氧化活性。人古国榜等，华南理工大学学报2002,11(30):144-148以碳黑为载体,将铂钉混合氧化物胶体吸附在碳黑上,然后用氢气还原以制备Pt-Ru/C电催化剂。中国专利CN201080069670.9和CN200510137551.3公开了一种Pt-Ru合金纳米粒子负载在石墨烯或活性碳表面上作为燃料电池催化剂的制备方法，美国专利US2006/0147788A1也公开一种PtRu合金燃料电池催化剂的制备方法。

而Pt-Ru合金做为高温结构材料、功能材料的报道较少。CN104674048A报道了“一种Pt-Ru基高温合金材料及其制备方法”。CN112638833A报道了“玻璃纤维制造用拉丝坩埚”，其用到Pt-Ru合金。由于Pt-Ru熔炼温度较高(2000℃以上)，通过以上报道的Pt-Ru制备方法得到的合金铸锭，在熔体浇铸过程中内部缺陷(如疏松)和表面缺陷较多，最终产品成材率低。

发明内容