含鉻的粉末或粉末顆粒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉻含量>80重量百分比(重量％)的粉末或粉末顆粒，其含有2重量％至20重量％的鐵、可選最多5重量％的摻雜劑及可選最多2重量％的氧，其中該粉末或粉末顆粒至少部分地包含鉻含量>95重量％的富含鉻的區(qū)域，該富含鉻的區(qū)域形成含鉻的粒子。此外，本發(fā)明涉及該粉末或粉末顆粒的用途及生產(chǎn)該粉末或粉末顆粒的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能夠可選地含有釔的鉻鐵合金例如用于互連器。互連器(亦稱(chēng)為雙極板或集電器)是固體電解質(zhì)高溫燃料電池(亦稱(chēng)為固體氧化物燃料電池、高溫燃料電池或SOFC (So 1 i dOxide Fuel Cell))的重要組件。通常通常在650°C至1000°C的操作溫度下操作固體電解質(zhì)高溫燃料電池。電解質(zhì)由固體陶瓷材料組成，該固體陶瓷材料能夠傳導(dǎo)氧離子，但對(duì)電子有絕緣作用。例如，將經(jīng)摻雜的氧化鋯用作電解質(zhì)材料。傳導(dǎo)離子及電子的陶瓷用于陰極及陽(yáng)極，例如摻雜有鍶的錳酸鑭(LSM)用于陰極且鎳鋯氧化物(摻雜)金屬陶瓷用于陽(yáng)極。將互連器排列在單個(gè)電池之間，其中將電池、可選地提供的接觸層及互連器堆疊形成堆棧?；ミB器使個(gè)別電池串聯(lián)連接且因此收集在電池中產(chǎn)生的電。此外，互連器以機(jī)械的方式支撐電池并且確保分離及導(dǎo)引陽(yáng)極及陰極側(cè)上的反應(yīng)氣體。互連器在高溫下經(jīng)受氧化環(huán)境以及還原環(huán)境。這需要相應(yīng)較高的耐腐蝕性能。此外，互連器從室溫直到最高使用溫度的熱膨脹系數(shù)必須非常適應(yīng)電解質(zhì)材料、陽(yáng)極材料及陰極材料的熱膨脹系數(shù)。其他要求為氣密性、高的且恒定的電子傳導(dǎo)性及在使用溫度下的盡可能高的導(dǎo)熱性。通過(guò)向鉻中添加鐵，可能使鉻合金的熱膨脹系數(shù)適應(yīng)鄰接組件的熱膨脹系數(shù)。通過(guò)使釔形成合金，改良耐腐蝕性能。為了實(shí)現(xiàn)高功能性，所有合金組分的精細(xì)分布是必需的。這例如通過(guò)在高能研磨機(jī)中例如24至48小時(shí)以機(jī)械的方式使含有合金組分的粉末混合物形成合金來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此缺點(diǎn)在于，由碾磨所造成的有棱角的粉末形狀和高的冷作硬化及因此引起的粉末的高硬度，這些缺點(diǎn)對(duì)壓縮性能和生坯強(qiáng)度有不利影響。此外，該方法與高處理成本有關(guān)。
[0003]至少部分地避免該缺點(diǎn)為EP 1 268 868(A1)的目標(biāo)，EP 1 268 868(A1)描述一種鉻合金粉末的生產(chǎn)方法，該鉻合金粉末含有例如鉻、鐵及釔。在此，將鉻粉末與鐵釔母合金摻混。此方法在降低處理成本的情況下提供具有明顯的改良的壓縮性能的粉末。在通過(guò)惰性氣體霧化過(guò)程生產(chǎn)鐵釔母合金期間，雖然釔極其精細(xì)地分布在鐵粉中，但釔在鉻中或鐵在鉻中分布不精細(xì)。只能通過(guò)較長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間實(shí)現(xiàn)用于高功能性所需的鐵的均質(zhì)化。此外，根據(jù)EP 1 268 868(A1)的粉末只能在高壓下壓縮到足夠的高生坯強(qiáng)度或密度，因?yàn)殂t粉末通常通常以鋁熱方式還原并且以機(jī)械的方式碾碎，該過(guò)程伴隨著高硬度及平滑的表面的產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種粉末或粉末顆粒，可使用通常的粉末冶金方法以低成本的方式將其加工成部件，并且其中合金組分均質(zhì)分布。為了確保粉末或粉末顆粒的低成本的生產(chǎn)以及高的功能性，前提在于粉末或粉末顆粒的高可澆鑄性(以確保無(wú)故障自動(dòng)填充模具)、良好的可壓縮性、高的生坯強(qiáng)度(以確保無(wú)故障處理壓坯)及以盡可能短的燒結(jié)時(shí)間使合金組分均質(zhì)分布。此外，合金組分的均質(zhì)分布特別對(duì)腐蝕性能和膨脹性能的過(guò)程恒定的設(shè)定具有有利影響。在此，良好可壓縮性可在與現(xiàn)有技術(shù)的粉末相比相對(duì)較低的壓縮壓強(qiáng)下實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@對(duì)投資成本(隨著壓縮力增加而增加的壓力機(jī)成本)以及工具成本(較少的工具磨損)產(chǎn)生有利影響。此外，本發(fā)明的目的在于提供一種粉末或粉末顆粒，使用該粉末或粉末顆粒通過(guò)粉末冶金制造技術(shù)以簡(jiǎn)單及低成本的方式生產(chǎn)具有高功能性(例如合適的熱膨脹系數(shù)、高耐腐蝕性)的部件。另一目的在于提供一種方法，使用該方法可以簡(jiǎn)單的方式、過(guò)程恒定的并且以低成本的方式生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的粉末或粉末顆粒。
[0005]通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)該目的。在從屬權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的特別有利的設(shè)計(jì)方案。
[0006]在此將粉末理解為多個(gè)粒子，其中粒子又可由一次粒子及與該一次粒子連接的二次粒子組成。若粒度較小，這樣對(duì)于進(jìn)一步粉末冶金加工可以是有利的，即將多個(gè)粉末粒子轉(zhuǎn)化成粉末顆粒，多個(gè)粉末粒子又可由一次粒子及二次粒子組成。因此粉末顆粒粒子可由多個(gè)粒子組成。該粒子可以不通過(guò)或通過(guò)一種或多種其他組分(例如黏合劑)以材料配合的方式相互連接。粉末粒子或粉末顆粒粒子的尺寸稱(chēng)為粒度且通常通常通過(guò)激光衍射測(cè)定法測(cè)量。將測(cè)量結(jié)果表示為分布曲線。在此，d5Q值表示平均粒度。d5Q表明50%粒子小于指定值。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的粉末或粉末顆粒含有2重量％到20重量％鐵、可選最多5重量％的摻雜劑、可選最多2重量％的氧及>80重量％的鉻及通常的污染物。在此，通常的、與過(guò)程相關(guān)的污染物例如為硅、鋁、鈣、釩及鈉，其中各個(gè)含量通常<500yg/g。若鉻含量小于80重量%，則對(duì)于許多應(yīng)用而言，不再確保足夠高的耐腐蝕性。通過(guò)添加2重量％至20重量％的鐵，可以以簡(jiǎn)單的方式調(diào)節(jié)部件的熱膨脹系數(shù)到許多應(yīng)用上，同時(shí)不以不允許的方式使耐腐蝕性惡化。若鐵含量小于2重量％，則合金的膨脹系數(shù)對(duì)于許多應(yīng)用而言過(guò)低。鐵含量大于20重量％此外對(duì)腐蝕性能有不利影響。粉末或粉末顆粒優(yōu)選包含鐵含量>40重量％，優(yōu)選>6重量％的富含鐵的區(qū)域。富含鐵的區(qū)域優(yōu)選又以含鐵的粒子的形式存在。因?yàn)樵阼F粉的生產(chǎn)中，起始產(chǎn)物為鐵氧化物，所以鐵氧化物粉末能夠以低成本的方式獲得。若富含鐵的區(qū)域以鐵氧化物形式存在，則可以以簡(jiǎn)單的以及低成本的方式通過(guò)粉末的或壓縮的部件的熱處理(例如整合到燒結(jié)過(guò)程中)在還原環(huán)境中還原該鐵氧化物。若鐵以非結(jié)合/元素的形式存在，則富含鐵的區(qū)域的優(yōu)選鐵含量為>90重量％，特別優(yōu)選為>98重量％。
[0008]此外，粉末或粉末顆粒可可選含有最多5重量％的摻雜劑。在此，優(yōu)選摻雜劑的含量為0.005重量％到5重量％。優(yōu)選地，至少一種摻雜劑選自由鈧、釔、鑭系元素、鈦、鋯及鉿組成的組。就鉻而言，根據(jù)本發(fā)明的摻雜劑造成高溫腐蝕性能的明顯改良。含量大于5重量％不造成耐腐蝕性的進(jìn)一步明顯增加且對(duì)可壓縮性及成本有不利影響。在小于0.005重量％下，腐蝕性能僅相對(duì)于無(wú)摻雜劑的材料稍微改良特別有效的摻雜劑為釔，其中特別優(yōu)選含量為0.01重量％到1重量％。
[0009]優(yōu)選合金組成物為2重量％至20重量％的鐵，可選最多5重量％的至少一種從由鈧、釔、鑭系元素、鈦、鋯及鉿組成的組中選擇的摻雜劑，可選最多2重量%的氧以及剩余的鉻和通常的污染物，其中鉻含量>80重量％。另一優(yōu)選合金組成物為2重量％至20重量％的鐵，0.005重量％到5重量％的至少一種選自由鈧、乾、鑭系元素、鈦、錯(cuò)及給組成的組的摻雜劑，0.002重量％至2重量％的氧及剩余的鉻和通常的污染物，其中鉻含量>80重量％。另一優(yōu)選合金組成物為2重量％至20重量％鐵、0.002重量％至2重量％的氧及剩余的鉻和通常的污染物，其中鉻含量>80重量％。另一優(yōu)選合金由3重量％至10重量％，特別優(yōu)選3重量％至7重量％的鐵、可選最多2重量％氧以及其余鉻和通常污染物組成，其中鉻含量>80重量％。另一特別優(yōu)選合金由3重量％至10重量％，特別優(yōu)選3重量％到7重量％的鐵、0.005重量％至5重量％的釔、0.002重量％到2重量％的氧以及剩余的鉻和通常的污染物組成，其中鉻含量>80重量％。
[0010]在此，粉末或粉末顆粒具有鉻含量>95重量％的至少部分地富含鉻的區(qū)域，該富含鉻區(qū)域形成含鉻的粒子。富含鉻區(qū)域至少部分地由富含鉻的相組成。下文中富含鉻的區(qū)域及富含絡(luò)的相意思相同。絡(luò)含量>95重量％的富含絡(luò)的相表示溶解元素的比例< 5重量％。大部分(>90重量％ )鉻優(yōu)選以鉻>95重量％的富含鉻的相形式存在。在此具有較低鉻含量的區(qū)域可為富含鉻的區(qū)域/富含鐵的區(qū)域的過(guò)渡帶?？蓪⑵渌嗟慕M分，例如摻雜劑嵌入富含鉻相中。在分析富含鉻相中的鉻含量時(shí)不將摻雜劑考慮在內(nèi)。若溶解的元素的含量>5重量％ (鉻含量〈95重量％)，則該區(qū)域具有過(guò)高的硬度，其對(duì)壓縮性能、工具使用壽命及壓機(jī)的投資成本有負(fù)面影響。
[0011]富含鉻的區(qū)域形成粒子(下文亦稱(chēng)為含鉻的粒子或僅稱(chēng)為粒子)。如所提及，顆粒粒子可包含多個(gè)粒子。對(duì)本發(fā)明為必要的是，含鉻的粒子或顆粒粒子至少部分地具有孔。在此就顆粒粒子而言，粒子優(yōu)選