一種Pt-Ru基高溫合金材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫合金材料，具體是一種Pt-Ru基高溫合金材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)和高新技術領域中，耐高溫耐腐蝕功能材料具有重要的應用。雖然鐵Fe基、鎳Ni基、鈦Ti基、鈷Co基、鉬Mo基合金及其金屬間化合物等低熔點金屬材料得到了很大發(fā)展及廣泛應用，但沒有任何一種低熔點金屬能像鉑Pt和Pt合金一樣能經(jīng)受高溫、高壓及強電化學腐蝕等激烈和復雜的環(huán)境考驗。
[0003]Pt熔點高，化學性質(zhì)穩(wěn)定，是一種理想的高溫材料，但Pt的高溫強度較低，抗蠕變性能差。為提高Pt的高溫性能，需進行合金化處理。目前，主要是將Pt與銥Ir和銠Rh等高熔點鉑族金屬元素合金化來提高Pt合金的高溫強度、耐高溫腐蝕性能和抗電弧侵蝕性能等。Pt-1r和Pt-Rh合金具有熔點高、耐高溫腐蝕性能好和抗電弧侵蝕性能強等優(yōu)點，在航空工業(yè)電器接觸點、工業(yè)電鍍的電極、熱電偶、火箭發(fā)動機零件及玻璃制造等方面有廣泛的應用，特別是作為汽車的火花塞電極，可提高發(fā)動機的點火性能、燃油經(jīng)濟性、使用壽命及降低有害物質(zhì)的排放。
[0004]釕Ru是鉑族金屬元素之一，具有熔點高、比重小和抗腐蝕性強等優(yōu)點。其價格比Ir和Rh便宜得多。Ru在高溫時，具有比Pt和鈀Pd更高的抗拉強度。此外，還有早期的文獻報道說，Ru與Pt形成的Pt-Ru合金具有較好的電接觸特性，如:王維平的高壓點火裝置接觸點材料的應用研宄中通過高壓點火裝置接觸點工作壽命試驗證明:Pt-RulO合金比Pt-1r25合金具有更好的接觸點工作性能。
[0005]為進一步拓展Pt基高溫合金材料的應用和降低Pt基高溫合金材料的成本，改變目前鉑族金屬高溫合金材料大都使用價格較高的Pt-1r和Pt-Rh合金材料的現(xiàn)狀，需開發(fā)價格相對較低的新型Pt-Ru基高溫合金材料。
[0006]Ru是高恪點的鉬族金屬元素，Ru可以與Pt在富Pt和富Ru端形成廣闊的合金固溶體，且Ru具有最高的固溶強化和顯微結構強化效應。然而，由于Pt-Ru合金存在諸如:加工困難、Ru高溫氧化揮發(fā)速率高以及合金晶界斷裂傾向大等問題，Pt-Ru合金做為高溫功能材料的應用至今未見國內(nèi)外專利和文獻的報道。
[0007]目前，Pt-Ru合金主要應用于低溫燃料電池領域，許多的文獻和專利報道碳載Pt-Ru合金納米催化劑作為低溫燃料電池陽極催化劑具有較高的催化活性，如:陳衛(wèi)祥等人(陳衛(wèi)祥等，無機化學學報2004，12(20): 1167-1170)報道用微波方法合成PtRu/C納米催化劑，具有較高的甲醇電化學氧化活性。古國榜等人(古國榜等，華南理工大學學報2002，11(30):144-148)以碳黑(VulcanXC72)為載體，將鉑釕混合氧化物膠體吸附在碳黑上，然后用氫氣還原以制備Pt-Ru/C電催化劑。中國專利CN201080069670.9和CN200510137551.3公開了 Pt-Ru合金納米粒子負載在石墨稀或活性碳表面上作為燃料電池催化劑的制備方法，美國專利US2006/0147788A1也公開Pt-Ru合金燃料電池催化劑的制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、加工使用性能好的Pt-Ru基高溫合金材料及其制備方法，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
一種Pt-Ru基高溫合金材料，按照重量百分比的原料包括:
Pt:63.5-98.45%、Ru:1_15%、金屬元素:0.5_20%、稀土元素:0.05-1.5%。
[0010]作為本發(fā)明進一步的方案:所述Pt-Ru基高溫合金材料，按照重量百分比的原料包括:
Pt:85%、Ru -A.5%、金屬元素:10%、稀土元素:0.5%。
[0011]作為本發(fā)明進一步的方案:所述金屬元素為Re、Al、W、Ta、Nb、T1、Zr、Cr和Ni中的一種或兩種以上。
[0012]作為本發(fā)明再進一步的方案:所述稀土元素為La、Nd、Pr、Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ce、Th中的一種或兩種以上。
[0013]所述Pt-Ru基高溫合金材料的制備方法，具體步驟如下:
(O按照重量百分比稱取各原料；
(2)將各原料混合均勻后壓實，將壓實的混合粉料進行氫氣退火和真空燒結處理，在氬氣保護下通過電弧或感應熔煉，得到直徑為?28mm的Pt-Ru合金鑄錠；
(3)將合金鑄錠在1650-1800°C鍛造開坯，開坯時沿加工方向即長度方向保持30-50%的變形率，直至形成組織均勻、晶粒較細小的錠坯；
(4)將錠坯在1500-1700°C溫度下進行熱軋，然后采用平輥在1300-1400°C溫度下將錠還乳制成2.0mm厚的片材；
(5)將2.0mm厚的片材在室溫下繼續(xù)軋制成1.0mm厚的片材得到成品。
[0014]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明材料成本低、加工和使用性能較好，可取代一部份Pt基貴金屬高溫合金材料，具有很好的工業(yè)應用前景，適于產(chǎn)業(yè)化應用，耐高溫、抗高溫氧化損失、性價比優(yōu)越，通過添加金屬元素增強了合金組織中晶界的結合力和改善合金材料的韌性，增強合金與其它金屬材料的同質(zhì)性，改善合金的焊接性能，使金屬元素在合金表面偏析，形成金屬氧化物鈍化膜，提高合金材料的抗高溫燒蝕性能；通過添加稀土元素合金提高了合金的高溫持久強度；能夠應用于航空工業(yè)電器接觸點、工業(yè)電鍍的電極、熱電偶、火箭發(fā)動機零件、玻璃制造、汽車的火花塞、燃氣輪點火電極材料及油氣點火材料等領域。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實施例1制備得到的Pt-Ru合金金相顯微組織圖。
[0016]圖2為本發(fā)明實施例7制備得到的Pt-Ru合金金相顯微組織圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合【具體實施方式】對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
[0018]實施例1請參閱圖1，本發(fā)明實施例中，一種Pt-RU基高溫合金材料，按照重量百分比的原料包括:
Pt:95%、Ru:5%。
[0019]所述Pt-Ru基高溫合金材料的制備方法，具體步驟如下:
(O按照重量百分比稱取各原料；
(2)將Pt和Ru混合均勻后壓實，將壓實的混合粉料進行氫氣退火和真空燒結處理，在氬氣保護下通過電弧熔煉，得到直徑為?28mm的Pt-Ru合金鑄錠；
(3)將合金鑄錠在1650°C鍛造開坯，開坯時沿加工方向即長度方向保持30%的變形率，直至形成組織均勻、晶粒較細小的錠坯；
(4)將錠坯在1500°C溫度下進行熱軋，然后采用平輥在1300°C溫度下將錠坯軋制成2.0mm厚的片材；
(5)將2.0mm厚的片材在室溫下繼續(xù)軋制成1.0mm厚的片材得到成品。
[0020]在本實施例的工藝條件下，獲得的Pt-Ru合金的物理性能為:電阻率為31.5μ Ω.cm ;加工態(tài)硬度為210HB ;退火態(tài)硬度為130HB ;加工態(tài)抗拉強度為795MPa ;退火態(tài)抗拉強度為415MPa ;加工態(tài)延伸率為2% ;退火態(tài)延伸率為34%。
[0021]實施例2
本發(fā)明實施例中，一種Pt-Ru基高溫合金材料，按照重量百分比的原料包括:
Pt:90%、Ru:10%o
[0022]所述Pt-Ru基高溫合金材料的制備方法，具體步驟如下:
(O按照重量百分比稱取各原料；
(2)將Pt和Ru混合均勻后壓實，將壓實的混合粉料進行氫氣退火和真空燒結處理，在氬氣保護下通過感應熔煉，得到直徑為?28mm的Pt-Ru合金鑄錠；
(3)將合金鑄錠在1670°C鍛造開坯，開坯時沿加工方向即長度方向保持33%的變形率，直至形成組織均勻、晶粒較細小的錠坯；
(4)將錠坯在1530°C溫度下進行熱軋，然后采用平輥在1315°C溫度下將錠坯軋制成2.0mm厚的片材；
(5)將2.0mm厚的片材在室溫下繼續(xù)軋制成1.0mm厚的片材得到成品。
[0023]在本實施例的工藝條件下，獲得的Pt-Ru合金的物理性能為:電阻率為43 μ Ω.cm ;加工態(tài)硬度為280HB ;退火態(tài)硬度為190HB ;加工態(tài)抗拉強度為1035MPa ;退火態(tài)抗拉強度為570MPa ;加工態(tài)延伸率為2% ;退火態(tài)延伸率為31%。
[0024]實施例3
本發(fā)明實施例中，一種Pt-Ru基高溫合金材料，按照重量百分比的原料包括:
Pt:86%, Ru:14%。
[0025]所述Pt-Ru基高溫合金材料的制備方法，具體步驟如下:
(O按照重量百分比稱取各原料；
(2)將Pt和Ru混合均勻后壓實，將壓實的混合粉料進行氫氣退火和真空燒結處理，在氬氣保護下通過電弧或感應恪煉，得到直徑為i>28mm的Pt-Ru合金鑄錠；
(3)將合金鑄錠在1690°C鍛造開坯，開坯時沿加工方向即長度方向保持35%的變形率，直至形成組織均勻、晶粒較細小的錠坯； (4)將錠坯在1550°C溫度下進行熱軋，然后采用平輥在1330°C溫度下將錠坯軋制成2.0mm厚的片材；
(5)將2.0mm厚的片材在室溫下繼續(xù)軋制成1.0mm厚的片材得到成品。
[0026]在本實施例的工藝條件下，獲得的Pt-Ru合金的物理性能為:電阻率為46 μ Ω.cm ;退火態(tài)硬度為240Hv ;加工態(tài)延伸率為2%。
[0027]實施例4
本發(fā)明實施例中，一種Pt-Ru基高溫合金材料，按照重量百分比的原料包括:
Pt:90.5%、Ru:4.5%、W:5%。
[0028]所述Pt-Ru基高溫合金材料的制備方法，具體步驟如下:
(O按照重量百分比稱取各原料；
(2)將Pt、Ru和W混合均勻后壓實，將壓實的混合粉料進行氫氣退火和真空燒結處理，在氬氣保護下通過電弧或感應熔煉，得到直徑為?28mm的Pt-Ru合金鑄錠；
(3)將合金鑄錠在1710°C鍛造開坯，開坯時沿加工方向即長度方向保持38%的變形率，直至形成組織均勻、晶粒較細小的錠坯；
(4)將錠坯在1580°C溫度下進行熱軋，然后采用平輥在1345°C溫度下將錠坯軋制成2.0mm厚的片材；
(5)將2.0mm厚的片材在室溫下繼續(xù)軋制成1.0mm厚的片材得到成品。
[0029]在本實施例的工藝條件下，獲得的Pt-Ru合金的物理性能為:電阻率為70.1 μ Ω.cm ;加工態(tài)硬度為300HB ;退火態(tài)硬度為180HB ;加工態(tài)抗拉強度為2150MPa ;退火態(tài)抗拉強度為895MPa ;加工態(tài)延伸