專利名稱：：一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲及制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲。本發(fā)明還涉及通過對鐵鉻鋁線材進(jìn)行集束拉拔得到耐高溫鐵鉻鋁纖維絲的制備方法。
背景技術(shù)：
：目前,Ni-Cr、Fe-Cr-Al和Fe-Mo-W等三類合金是可用作汽車尾氣凈化器的金屬載體材料。從加工性能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值等綜合考慮，F(xiàn)e-Cr-Al是最有應(yīng)用前景的合金。隨著我國汽車保有量的急劇增長，機(jī)動(dòng)車尾氣排放造成的污染也越來越嚴(yán)重，對可用于汽車尾氣凈化的鐵鉻鋁纖維的需求量也在逐年遞增。同時(shí)，從節(jié)能和環(huán)保的角度考慮，也對鐵鉻鋁纖維的使用壽命提出了更高的要求。大量研究表明，鐵鉻鋁纖維表面可選擇性地形成的八1203膜的均勻性、內(nèi)應(yīng)力以及它與基體的附著性能好壞是決定鐵鉻鋁纖維在高溫條件下使用壽命的重要因素。因此，鐵鉻鋁纖維中鋁含量的增加對延長載體的使用壽命是十分有利的。但隨著鋁含量的增加,鐵鉻鋁合金的加工脆性就會(huì)加劇。事實(shí)上，鋁含量超過5.5wt.7。時(shí)，加工普遍存在收得率低的問題，使加工成本大幅增加，因此一般都只能把這種合金的鋁含量控制在5.5wt歹。以內(nèi)。一種名稱為"一種金屬纖維絲及其制作工藝"，申請?zhí)枮?00610086041.2的發(fā)明專利，公開了其組成包含以下組分(以城.％表示)碳0.03-0.08%,錳0.20-0.46%，硅0.40-0.63%，稀土金屬鈰或鑭0.02-0.10%，鋁4.8-5.9%。鉻15-26%，銅0.05-2.0%，硫0.03-0.04%，磷0.04-0.05%，鐵66-81%。其制作工藝依次包括以下工序進(jìn)料、電鍍、裝管、直拔、拉拔、退火、保溫、繞線、酸洗、清洗、烘干、入庫。此發(fā)明的金屬纖維絲制作工藝，雖然適宜拉拔加工，但其成品率較低，制得的鐵鉻鋁纖維的使用壽命也并不理想。同時(shí)，此發(fā)明的金屬纖維絲制作工藝，退火道次太多且難于操作，酸洗時(shí)產(chǎn)生大量有害氣體，生產(chǎn)成本高，故很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲，該鐵鉻鋁纖維在纖維整個(gè)長度和圓周范圍具有更可靠的性能，強(qiáng)度和延伸率均以很大地改善，尤其是具有更加優(yōu)良的高溫抗氧化性能。本發(fā)明的另一目的旨在提供工藝更簡單，高效的一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲的制備工藝，可以大大地提高鐵鉻鋁纖維的成材率。本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲，包含以下重量百分比成分0.005%《C《0.025%，15%《Cr《27%，5.95%《A1《7.0%,0.05%《Cu《0.2%,0.4%《Si《0.6%，0.2%《Mn《0.4%,0.03%《S《0.04%,0.010%《P《0.045%，0.01%《RE《0.04%，余量為鐵；所述纖維絲的等效直徑為1.5-100um，直徑公差為0.5-lum的范圍內(nèi)，鐵鉻鋁纖維的長度范圍為l-4X105m。所述的耐高溫鐵鉻鋁纖維絲纖維的軸重控制在0.1-lOOKg的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明獲得的鐵鉻鋁纖維的等效直徑范圍為1.5-100um，優(yōu)選5-50um，直徑公差在0.5-lum的范圍內(nèi)。等效直徑被定義為一種假想圓的直徑，該假想圓的表面積與鐵鉻鋁纖維的橫截面表面積相同。根據(jù)本發(fā)明獲得的鐵鉻鋁纖維的長度范圍為l-4X105m，優(yōu)選lX102-lX104m，因此纖維的軸重可以控制在O.l-lOOKg的范圍內(nèi)，優(yōu)選5-10Kg。根據(jù)本發(fā)明獲得的鐵鉻鋁纖維表面八1203膜的均勻性、內(nèi)應(yīng)力以及它與基體的附著性能較好，從而獲得了良好的高溫抗氧化性能。與本領(lǐng)域已知的通過集束拉拔獲得的鐵鉻鋁纖維相比，根據(jù)本發(fā)明的鐵鉻鋁纖維整體性能較好，鋁含量較高，鐵鉻鋁纖維的強(qiáng)度和延伸率得到極大的改善，且沿纖維長度方向的性能基本相同，并且具有基本均勻的組成。例如，單絲直徑為22um時(shí)，直徑公差可以控制在0.5-lum的范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1579MPa，延伸率達(dá)到1.70%，軸重達(dá)到10Kg。另外，作為本發(fā)明主題的鐵鉻鋁纖維的合金具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明碳含量為0.005%-0.025%，碳含量低于0.025%，可有效地防止拉拔后的材料變脆。本發(fā)明的鋁含量為6.0%-7.0%，從而可獲得很好的高溫抗氧化性能。稀土鈰或鑭含量為0.01%-0.04%，也使得本發(fā)明的產(chǎn)品具有更優(yōu)的高溫抗氧化性能。采用上述合金，能夠在不需要中間熱處理的情況下，在拉拔復(fù)合線期間，使復(fù)合線的變形量Ae高于80%，例如85%或者甚至90%。變形量Af被定義為復(fù)合線的最終橫截面積S2與復(fù)合線的初始橫截面積Si之差，再與復(fù)合線的初始橫截面積S!之比的值。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>初始橫截面積S1指的是在熱處理之后但在進(jìn)一步拉拔之前的復(fù)合線的橫截面積，最終橫截面積S2指的是在變形(拉拔)之后以及在下一個(gè)熱處理步驟(如果有)之前測量S2。本發(fā)明的另一目的是提供了一種鐵鉻鋁纖維的制備方法。根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟①預(yù)處理在原料鐵鉻鋁線材表面電鍍涂覆金屬或物理涂覆非金屬隔離層，制備復(fù)合絲；②封裝采用封裝材料封裝被嵌入基體的鐵鉻鋁線材，形成一種復(fù)合材料；③壓實(shí)將封裝之后的復(fù)合材料壓實(shí)為復(fù)合線；拉拔壓實(shí)后的復(fù)合線經(jīng)過多次減徑拉拔和退火成為成品復(fù)合線；⑤分離成品復(fù)合線采用電化學(xué)分離的方式，除去封裝及基體材料，最終獲得鐵鉻鋁纖維；⑥收巻將電化學(xué)分離后的纖維用收線機(jī)收巻；所述的多次減徑拉拔和退火是將復(fù)合線減徑拉拔后，送入到退火爐內(nèi)，在600-900'C下保溫10-30分鐘，然后將退火的復(fù)合線置于空氣中冷卻，進(jìn)入到下一道拉拔工序，重復(fù)操作3-5次。在步驟①中，提供鐵鉻鋁線材，該線材的組成中含有鐵以及下述成分(以wt.%表示)0.005%《C《0.03%，15%《Cr《27%,5.95%《A1《7.0%,0.05%《Cu《0.2%，0.4%《Si《0.6%,0.2%《Mn《0.4%,0.03%《S《0.04%，0.010%《P《0.045%，0.01%《RE《0.04%。提供的鐵鉻鋁線材或者盤條的直徑優(yōu)選為0.2-20mm。在步驟②中，通過在最初一個(gè)步驟，在鐵絡(luò)鋁絲材表面涂覆金屬或非金屬隔離層，這層金屬或非金屬可以稱為"基體材料"，這樣鐵鉻鋁線材就嵌入在基體材料中，該層的厚度例如為lum-2mm。"基體材料"是為了進(jìn)行集束拉拔過程而施加在各個(gè)鐵鉻鋁線材上的材料。這種基體材料例如可以是銅、鐵或者銅合金或鐵合金。鐵鉻鋁絲材嵌入在基體材料中，可以稱為"復(fù)合絲"。在步驟③中，將鐵鉻鋁線材束嵌入在基體材料中之后，再對其進(jìn)行封裝。封裝材料被定義為在其上已施加有基體材料的鐵鉻鋁線材束上施加的材料。這種封裝材料例如可以是銅、鐵或者銅合金或鐵合金。在步驟④中，根據(jù)施加有基體材料的鐵鉻鋁線材束的表面積，計(jì)算出壓實(shí)的直徑，選取合適的合金模進(jìn)行壓實(shí)，這種嵌入基體材料中的被封裝后再壓實(shí)的鐵鉻鋁線材束被稱作"復(fù)合線"。這樣，便將鐵鉻鋁線材和封裝材料組合在一起，形成一束。在步驟⑤中，交替進(jìn)行如下操作減小復(fù)合線直徑，對直徑減小的復(fù)合線熱處理，以及進(jìn)行最終的直徑減小，最終的變形量使復(fù)合線獲得最終直徑。本發(fā)明是通過軋制操作減小直徑。每道次的熱處理采用連續(xù)熱處理的方式，包括以下步驟a.將復(fù)合線送入退火爐內(nèi)，溫控儀溫度設(shè)定到600-900°C，保溫10-30分鐘，具體的溫度和保溫時(shí)間根據(jù)不同產(chǎn)品規(guī)格要求進(jìn)行調(diào)整。b.達(dá)到規(guī)定要求的溫度和時(shí)間后，將已退火完畢的復(fù)合線置于空氣中冷卻，再送至下一道拉拔工序?？赡艿?但不是必須地)，在全部拉拔步驟采用高于80。/。的變形量Ae?？赡艿?但不是必須地)，在最終直徑減小之后，對成品復(fù)合線進(jìn)行一次熱處理。在步驟⑥中，電化學(xué)分離采用連續(xù)陰陽交替電解，采用硫酸溶液作為電化學(xué)溶液體系，硫酸溶液的濃度為0.7—1.4mol/L。在電解分離過程中，電解電壓采用恒壓控制，電壓控制在3—4V。根據(jù)基體和封裝材料的不同，控制復(fù)合線分離的速度為0.8—1.2m/min。在步驟⑦中，收線機(jī)的收巻速度根據(jù)具體的鐵鉻鋁纖維規(guī)格可以在30—60m/min的范圍內(nèi)調(diào)整。對于目前已知的大批量生產(chǎn)的鐵鉻鋁纖維而言，該變形量Ae保持低于70%，或者甚至低于60%，而且在拉拔過程中要進(jìn)行大量的熱處理。即使如此，鐵鉻鋁纖維的成材率仍然較低，只能達(dá)到50%，或者甚至低于40%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有顯著的進(jìn)步和實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)本發(fā)明通過對拉拔工藝的改進(jìn)，在拉拔過程中采用最優(yōu)化的熱處理方式和工藝，解決了拉拔過程中斷裂和質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，將鐵絡(luò)鋁纖維的成材率提高到98%以上，并已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，年產(chǎn)量在500噸以上。采用本發(fā)明的方法制得的鐵鉻鋁纖維，鐵鉻鋁纖維的強(qiáng)度和延伸率得到極大的改善。圖1是經(jīng)拉拔后直徑為1.2mm的復(fù)合線的橫截面的顯微照片，從圖1可看出復(fù)合絲之間有明顯的界面,在拉拔過程中,雖然復(fù)合線的表面變形大，但是內(nèi)部變形小而且不均勻，復(fù)合絲的形狀已不是圓形。圖2是直徑為22um的鐵鉻鋁纖維的顯微照片，從圖2可以看出，纖維樣品表面有部分小顆粒，但沿長度方向表面情況相類似。圖3所示為本發(fā)明的工藝流程圖；具體實(shí)施方式-下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。表1示出了根據(jù)本發(fā)明的鐵鉻鋁纖維的組成。表l本發(fā)明的鐵鉻鋁纖維的成分<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>作為本發(fā)明主題的鐵鉻鋁纖維可以通過使用下述的優(yōu)選法提供，在步驟①中提供直徑為0.2-20rnm，例如0.37mm并且具有根據(jù)上述實(shí)例之一的組成的鐵鉻鋁線材。在步驟②中，通過例如電解涂覆一層銅來對所述的鐵鉻鋁線材進(jìn)行涂覆。優(yōu)選地，該層厚度為3-100um，例如20um。在步驟③中，將幾根，例如500根涂覆后的線材封裝在鐵套中。結(jié)果，在步驟④中，將復(fù)合線材壓實(shí)為15.6mm的復(fù)合線。在步驟⑤中，該復(fù)合線采用高于10%，例如40%的幾個(gè)Ae(例如Asl，As2)交替進(jìn)行直徑減小，并且然后在600-900。C下，例如800°C下進(jìn)行一根復(fù)合線接著一根復(fù)合線的連續(xù)退火。該熱處理時(shí)間為10-30分鐘，例如20分鐘。最終的直徑減小采用高于70。/。的Ae來減小所述復(fù)合線的直徑，該最終的直徑減小使復(fù)合線具有最終直徑。最后，在步驟⑥中，例如通過采用濃度為0.8mol/L的硫酸，電壓為4V，復(fù)合線分離的速度為lm/min，來除掉基體材料和封裝材料。獲得了直徑為5-25um的鐵鉻鋁纖維，例如12um或8um。在步驟⑦中，收線機(jī)的收巻速度設(shè)定為30m/min進(jìn)行收巻。獲得的12um的鐵鉻鋁纖維的直徑公差為0.5-0.8um的范圍內(nèi)，纖維的長度為lX103-lX104m，纖維的軸重控制在6-7Kg的范圍內(nèi)，鐵鉻鋁纖維的的抗拉強(qiáng)度為1239MPa，延伸率為1.2%,8um的鐵鉻鋁纖維的抗拉強(qiáng)度為1027MPa，延伸率為0.5%。表2示出了根據(jù)本發(fā)明的鐵鉻鋁纖維的性能。芯數(shù)與直徑直徑公差長度軸重抗拉強(qiáng)度延伸率<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明作出替換、變形，只要不脫離本發(fā)明的基本思想，均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲，其特征在于由以下重量百分比成分組成0.005％≤C≤0.025％，15％≤Cr≤27％，5.95％≤Al≤7.0％，0.05％≤Cu≤0.2％，0.4％≤Si≤0.6％，0.2％≤Mn≤0.4％，0.03％≤S≤0.04％，0.010％≤P≤0.045％，0.01％≤RE≤0.04％，余量為鐵；所述纖維絲的等效直徑為1.5-100um，直徑公差為0.5-1um的范圍內(nèi)，鐵鉻鋁纖維的長度范圍為1-4×105m。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲，其特征在于所述的纖維絲的軸重控制在0.1-lOOKg的范圍內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲，其特征在于所述的纖維絲的等效直徑為5-50um。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲，其特征在于所述的纖維的長度范圍1X102-1X104m，纖維的軸重5-10Kg。5.—種耐髙溫鐵鉻鋁纖維絲的工藝，其特征在于，包括以下步驟①預(yù)處理在原料鐵鉻鋁線材表面電鍍涂覆金屬或物理涂覆非金屬隔離層，制備復(fù)合絲；②封裝采用封裝材料封裝被嵌入基體的鐵鉻鋁線材，形成一種復(fù)合材料；③壓實(shí)將封裝之后的復(fù)合材料壓實(shí)為復(fù)合線；拉拔壓實(shí)后的復(fù)合線經(jīng)過多次減徑拉拔和退火成為成品復(fù)合線；⑤分離成品復(fù)合線采用電化學(xué)分離的方式，除去封裝及基體材料，最終獲得鐵鉻鋁纖維；⑥收巻將電化學(xué)分離后的纖維用收線機(jī)收巻；所述的多次減徑拉拔和退火是將復(fù)合線減徑拉拔后，送入到退火爐內(nèi)，在600-900'C下保溫10-30分鐘，然后將退火的復(fù)合線置于空氣中冷卻，進(jìn)入到下一道拉拔工序，重復(fù)操作3-5次。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲的工藝，其特征在于，在步驟⑤中，所述的電化學(xué)分離采用連續(xù)陰陽交替電解，采用硫酸溶液作為電化學(xué)溶液體系，硫酸溶液的濃度為0.7—1.4mol/L;電解電壓采用恒壓控制，電壓控制在3—4V;控制復(fù)合線分離的速度為0.8—1.2m/min。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲的工藝，其特征在于，在步驟⑦中，收線機(jī)的收巻速度在30—60m/min的范圍內(nèi)調(diào)整。全文摘要一種耐高溫鐵鉻鋁纖維絲及制備工藝，本發(fā)明屬于不銹鋼加工領(lǐng)域，主要是通過集束拉拔嵌入在基體材料中的鐵鉻鋁線材獲得鐵鉻鋁纖維。鐵鉻鋁纖維的組成包含鐵以及下述組分(以wt.％表示)0.005％≤C≤0.03％，15％≤Cr≤27％，5.95％≤Al≤7.0％，0.05％≤Cu≤0.2％，0.4％≤Si≤0.6％，0.2％≤Mn≤0.4％，0.03％≤S≤0.04％，0.010％≤P≤0.045％，0.01％≤RE≤0.04％。其制作工藝包括以下工序選料、預(yù)處理、封裝、壓實(shí)、拉拔、分離和打卷。本發(fā)明的鐵鉻鋁纖維制作工藝，適宜拉拔加工高鋁的鐵鉻鋁線材，成材率能達(dá)到98％，而且對環(huán)境的影響比較小。文檔編號C22C49/08GK101220449SQ20081003054公開日2008年7月16日申請日期2008年1月25日優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日發(fā)明者吳曉春,張景鵬,洪汪,王立民,忠藍(lán),黃俊杰申請人:湖南惠同新材料股份有限公司