專利名稱：非晶態(tài)合金電加熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非晶態(tài)合金電加熱材料及其制備方法，特別是，涉及具有高電阻率的瞬時電加熱效應(yīng)的非晶態(tài)合金電加熱材料和制造該非晶態(tài)合金電加熱材料的方法。
目前，電加熱器具，例如電熱膜燒鍋，電暖氣片之類或管道式熱水器等正在迅速發(fā)展。電加熱器具上的電熱膜，一般是采用含氯化物等材料制成的導(dǎo)電膜。這種電熱膜由于同器具或管道外表面不能緊密結(jié)合成一體，而且其熱傳導(dǎo)效率不夠高使得電熱膜本身的熾熱發(fā)紅溫度很高。因此，用這種材料制作的電加熱膜使用壽命有限，熱效率也不高。
為了克服現(xiàn)有電加熱材料的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種同器具或管道外表面能緊密結(jié)合，熱傳導(dǎo)效率高而電熱膜本身溫度低，使用壽命長，并具有高電阻率的瞬時電加熱效應(yīng)的非晶態(tài)合金電加熱材料及其制造方法。
為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的非晶態(tài)合金電加熱材料，其中，所述電加熱材料用通式(Fe1-aMa)100-x-y-zSixByTzZα表示，其中M是Co、Mn、Ni及稀土元素中一種以上的元素；a是從0至45原子百分?jǐn)?shù)，x是從0.1至30原子百分?jǐn)?shù)，y是從0.1至30原子百分?jǐn)?shù)；T是Zr、Nb、Hf、Mo、W、Ga、Ag、Zn、Pt、Sn、Al和Ge中三種以下的元素，z是從0至6原子百分?jǐn)?shù)；Z是Cu、V中的一種或二種元素，α是從0至2原子百分?jǐn)?shù)。
根據(jù)本發(fā)明的非晶態(tài)合金電加熱材料的制備方法包括下列步驟按照電加熱材料用通式(Fe1-aMa)100-x-y-zSixByTzZα各個組分元素的配比稱料，并形成原料混合物的步驟；將所述原料混合物裝入真空感應(yīng)爐，預(yù)抽真空到后，充入惰性保護氣體，在完全熔化后，進(jìn)行保溫精煉形成合金鋼液的步驟；以及將所述合金鋼液以一定的速度，通過快速凝固裝置制成非晶帶的制成非晶帶步驟。
本發(fā)明的電加熱材料能夠同器具或管道外表面緊密結(jié)合，并具有高電阻率和瞬時電加熱效應(yīng)，因而作為電熱膜使用時具有自身升溫的溫度低，降低了熱能的損失，可以大幅度節(jié)省能源，以及具有使用壽命長的優(yōu)點。
下面，結(jié)合各個實施例說明本發(fā)明的內(nèi)容。
本發(fā)明的非晶態(tài)合金電加熱材料是一種可以用通式(Fe1-aMa)100-x-y-zSixByTzZα表示的高電阻率材料，其中M是Co、Mn、Ni、稀土元素中一種或兩種以上元素共用混合料；a是從0至45原子百分?jǐn)?shù)，x是從0.1至30原子百分?jǐn)?shù)，y是從0.1至30原子百分?jǐn)?shù)；T是Zr、Nb、Hf、Mo、W、Ga、Ag、Zn、Pt、Sn、Al和Ge中的一種，或兩種，和或者三種元素共用的混合料，z是從0至6原子百分?jǐn)?shù)；Z是Cu、V中的一種或二種元素，α是從0至2原子百分?jǐn)?shù)。
在制備本發(fā)明的上述非晶態(tài)合金電加熱材料的步驟如下首先，按照電加熱材料用通式(Fe1-αMα)100-x-y-zSixByTzZα各個組分元素的配比稱料，并進(jìn)行充分混合形成原料混合物。接著，將該原料混合物放置到感應(yīng)爐的真空室內(nèi)的熔煉器里，在預(yù)抽真空到1×10-4～1×10-5乇后，充入氬氣，在惰性氣體的保護下，啟動感應(yīng)爐升溫，待到原料混合物完全熔化后，精煉溫度控制在1300～1600℃之間，最好在1325～1475℃之間，保溫時間為3到15分鐘，熔煉成合金。然后，該合金液通過帶有噴嘴的噴帶裝置，噴射到旋轉(zhuǎn)速度為20～40米/秒，例如28米/秒速度的快速凝固裝置的冷卻輥上，制成一定厚度24～35微米的非晶薄帶。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末。
實施例1首先，按分子式(Fe90Ni6Ce4)74Si14B8Cu1Nb3的比例配料50公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空至2×10-5乇，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，啟動感應(yīng)爐升溫，待到原料混合物完全熔化后，精煉溫度控制在1375℃，保溫5分鐘。然后，借助于噴帶裝置，將該合金鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為28米/秒的快速凝固裝置的冷卻輥上，制成厚度為30微米的非晶薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為170μΩ·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
實施例2按分子式Fe78Si9.5B12.5的比例配料，例如100公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空至6×10-5乇，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，啟動感應(yīng)爐升溫，待到原料混合物完全熔化后，精煉溫度控制在1425℃，保溫15分鐘。然后，借助于噴帶裝置，將該合金鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為35米/秒的快速凝固裝置的冷卻輥上，制成厚度為26微米的非晶薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為130μΩ·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
實施例3按分子式(Fe70Mn25Nd5)54Si24B15V2Al5的比例配料90公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空致2×10-5托，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，驅(qū)動感應(yīng)爐升溫，待原料完全溶化后，精煉溫度控制在1300±25℃，保溫5分鐘。然后，通過快速凝固裝置將鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為35米/秒的冷卻輥上，制成厚度為25微米的非晶態(tài)合金薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為115μΩ·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，可供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
實施例4按分子式(Fe58Mn22Ni20)75Si9B13Cu1Al2的比例配料20公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空致4×10-5托，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，驅(qū)動感應(yīng)爐升溫，待原料完全溶化后，精煉溫度控制在1450±25℃，保溫10分鐘。然后，通過快速凝固裝置將鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為40米/秒的冷卻輥上，制成厚度為25微米的非晶態(tài)合金薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為105μΩ2·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
實施例5按分子式(Fe60Mn20Pr20)76Si9B13V2的比例配料60公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空致1×10-5托，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，驅(qū)動感應(yīng)爐升溫，待原料完全溶化后，精煉溫度控制在1350±25℃，保溫10分鐘。然后，通過快速凝固裝置將鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為26米/秒的冷卻輥上，制成厚度為28微米的非晶態(tài)合金薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為128μΩ·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
實施例6按分子式(Fe70Co10Ni15Nd5)66Si25B5Mo4的比例配料100公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空致5×10-5托，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，驅(qū)動感應(yīng)爐升溫，待原料完全溶化后，精煉溫度控制在1420±25℃，保溫10分鐘。然后，通過快速凝固裝置將鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為30米/秒的冷卻輥上，制成厚度為26微米的非晶態(tài)合金薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為162μΩ·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
實施例7按分子式(Fe56Ni44)70Si2B25Zr1V1的比例配料75公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空致2×10-5托，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，驅(qū)動感應(yīng)爐升溫，待原料完全溶化后，精煉溫度控制在1425±25℃，保溫10分鐘。然后，通過快速凝固裝置將鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為23米/秒的冷卻輥上，制成厚度為35微米的非晶態(tài)合金薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為150μΩ·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
實施例8按分子式(Fe95La5)72Si13B9Zn6的比例配料80公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空致4×10-5托，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，驅(qū)動感應(yīng)爐升溫，待原料完全溶化后，精煉溫度控制在1350±25℃，保溫10分鐘。然后，通過快速凝固裝置將鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為30米/秒的冷卻輥上，制成厚度為29微米的非晶態(tài)合金薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為95μΩ·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
實施例9按分子式(Fe55Ni45)75Si10B10Cu0.6Zr0.4的比例配料55公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空致3×10-5托，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，驅(qū)動感應(yīng)爐升溫，待原料完全溶化后，精煉溫度控制在1550±25℃，保溫10分鐘。然后，通過快速凝固裝置將鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為40米/秒的冷卻輥上，制成厚度為25微米的非晶態(tài)合金薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為142μΩ·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
實施例10按分子式Fe75Si13B9Cu1Nb6的比例配料40公斤。將配料裝入真空感應(yīng)爐，抽真空致4×10-5托，關(guān)閉真空泵，充入氬氣，驅(qū)動感應(yīng)爐升溫，待原料完全溶化后，精煉溫度控制在1450±25℃，保溫15分鐘。然后，通過快速凝固裝置將鋼液噴射到旋轉(zhuǎn)速度為36米/秒的冷卻輥上，制成厚度為27微米的非晶態(tài)合金薄帶。由上述非晶態(tài)薄帶測量得到的電阻率為90μΩ·cm。進(jìn)而，還可以通過高能量磨粉機，將該非晶薄帶制成粒度為20～120微米的粉末，供制造電加熱器具上的電熱膜時使用。
本發(fā)明的非晶態(tài)合金電加熱材料是一種非晶帶狀或粉末，使用時，可以借助于火焰噴涂設(shè)備，將粉末噴涂到器具或管道外表面的絕緣層上制成電加熱膜，并與器具或管道表面的絕緣層緊密結(jié)合，因此在長期使用中不容易脫落。并且，由于本非晶態(tài)合金電加熱材料具有高電阻率和瞬時電加熱效應(yīng)，作為電熱膜使用時自身升溫低，降低了熱能的損失，所以具有大幅度節(jié)省能源和使用壽命長的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種非晶態(tài)合金電加熱材料，其特征是所述電加熱材料用通式(Fe1-aMa)100-x-y-zSixByTzZα表示，其中M是Co、Mn、Ni、稀土元素中一種以上的元素；a是從0至45原子百分?jǐn)?shù)，x是從0.1至30原子百分?jǐn)?shù)，y是從0.1至30原子百分?jǐn)?shù)；T是Zr、Nb、Hf、Mo、W、Ga、Ag、Zn、Pt、Sn、Al和Ge中三種以下的元素，z是從0至6原子百分?jǐn)?shù)；以及Z是Cu、V中的一種或二種元素，α是從0至2原子百分?jǐn)?shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶態(tài)合金電加熱材料，其特征是所述電加熱材料是(Fe90Ni6Ce4)74Si14B8Cu1Nb3或Fe78Si9.5B12.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶態(tài)合金電加熱材料，其特征是所述電加熱材料是通過快速凝固裝置制成厚度為24到35微米的非晶薄帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非晶態(tài)合金電加熱材料，其特征是所述電加熱材料是通過高能量磨粉機，將所述非晶帶制成粒度為20-120微米的粉末。
5.一種非晶態(tài)合金電加熱材料的制備方法，它包括按照電加熱材料用通式(Fe1-aMa)100-x-y-zSixByTzZα各個組分元素的配比稱料，并形成原料混合物的步驟；將所述原料混合物裝入真空感應(yīng)爐，預(yù)抽真空到后，充入惰性保護氣體，在完全熔化后，進(jìn)行保溫精煉形成合金鋼液的步驟；以及將所述合金鋼液以一定的速度，通過快速凝固裝置制成非晶帶的制成非晶帶步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非晶態(tài)合金電加熱材料的制備方法，其特征是所述的形成合金液的步驟中所述精煉溫度控制在1300到1600℃之間，所述保溫時間為3到15分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非晶態(tài)合金電加熱材料的制備方法，其特征是所述的制作非晶帶步驟是將所述合金鋼液，用噴帶裝置噴射到旋轉(zhuǎn)速度為20到40米/秒的快速凝固裝置的冷卻輥上，制成厚度為24到35微米的非晶薄帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的非晶態(tài)合金電加熱材料的制備方法，在所述制作非晶帶步驟之后，還具有通過高能量磨粉機，將所述非晶帶制成規(guī)定粒度粉末的粉碎步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非晶態(tài)合金電加熱材料的制備方法，所述的粉碎步驟是將所述非晶帶制成粒度為20到120微米的粉末。
10.一種用通式(Fe1-aMa)100-x-y-zSixByTzZα表示，且其中M是Co、Mn、Ni、稀土元素中一種以上的元素；a是從0至45原子百分?jǐn)?shù)，x是從0.1至30原子百分?jǐn)?shù)，y是從0.1至30原子百分?jǐn)?shù)；T是Zr、Nb、Hf、Mo、W、Ga、Ag、Zn、Pt、Sn、Al和Ge中三種以下的元素，z是從0至6原子百分?jǐn)?shù)；以及Z是Cu、V中的一種或二種元素，α是從0至2原子百分?jǐn)?shù)的非晶態(tài)電加熱材料制造的電加熱元件。
全文摘要
本發(fā)明的非晶態(tài)合金電加熱材料的分子式為(Fe
文檔編號C22C38/00GK1321056SQ0010610
公開日2001年11月7日 申請日期2000年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月25日
發(fā)明者趙慧媛, 李達(dá)章, 李國寶 申請人:北京能佳科技有限公司