CN113305288B - 军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金及其制备方法，所述铁铬铝铜镍合金包括以下重量百分数的组分：铁铬铝混合粉75％‑80％，镍铜混合粉10％‑15％，以及碳化硅粉和二硼化锆粉的混合粉5％‑15％。制备时先将称取好的各原料混合，搅拌均匀后放入刚玉坩埚中，在惰性气体保护的高温炉中1500‑1650℃，保温30‑60min，冷却至室温得到铁铬铝铜镍合金。本发明在不改变铁铬铝的主要成分的基础上，添加金属铜和镍，以及碳化硅和二硼化锆的混合粉，并通过一定的工艺，既保证了合金的柔韧性，又提高了合金的耐高温氧化性能。采用本发明合金作为柴油机尾气净化装置的机体非常适用于军用柴油车。
Description
技术领域
本发明涉及一种军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金及其制备方法。
背景技术
柴油车是一种使用柴油为燃料，以柴油发动机作为动力的车辆，与汽油车相比不仅具有更高效的燃油经济性，在动力、安全和运行成本上也有着绝对的优势。而柴油货车，特别是重型柴油货车，凭借其牵引力大、载重能力强的特点，承担起了公路汽运的重任。然而，就在柴油车给我们的生活带来便捷、为我国的公路运输业做出巨大贡献的同时，随之带来的环境污染问题也日益严重，柴油车尾气已经成为大气污染的主要来源，带给生态环境以及人类身体健康的危害不容小觑。
普通的柴油车尾气净化系统，通常是采用喷淋尿素溶液或结合铁铬铝表面涂覆催化剂催化分解尾气中的有害气体。铁铬铝是一种铝合金，具有优越的耐热性、抗氧化性能、抗硫性和抗渗碳性，且比重轻，表面负荷高、电阻率高，使用温度高和使用寿命长等诸多优点。通常柴油机的尾气净化装置是采用铁铬铝作为基体，在其表面涂覆催化剂催化分解尾气中的有害气体。铁铬铝通常可以长时间使用在700℃以下，而柴油机排气口温度通常在650℃左右，并且随着柴油机功率的上升排气温度越高，与民用柴油车不同，军用柴油车以排量大，动力强劲等优点在军工领域中广泛应用，但是军用柴油车的尾气排放污染度更大，且尾气温度更高，普遍高于700℃，甚至有时可达到850℃，高温导致铁铬铝逐渐发生变形和被氧化，最终失效，这使得传统的柴油车尾气净化装置无法应用到军用柴油车上。
发明内容
本发明为了解决目前民用的普通柴油车尾气净化装置的铁铬铝基体无法应用到军用柴油车上的问题，为此提供了一种军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料，原料包括以下重量百分数的组分：铁铬铝混合粉75％-80％，镍铜混合粉10％-15％，以及碳化硅粉和二硼化锆粉的混合粉5％-15％。其中铁铬铝混合粉为基础材料，镍铜混合粉中的铜能提供柔软性，镍能促进铜性能的发挥并且能提高耐温性能。碳化硅粉和二硼化锆粉能进一步提高耐温性能，两种混合粉末通过这样的配比与基础材料混合后提高了合金整体的耐高温氧化性能。
作为优选，所述铁铬铝混合粉中铁粉、铬粉、铝粉的重量百分数分别为70％、25％、5％。
作为优选，所述镍铜混合粉中铜粉和镍粉的重量百分数分别为20％-40％、60％-80％。
作为优选，所述镍铜混合粉中铜粉和镍粉的重量百分数分别为20％-40％、60％-80％。
作为优选，所述碳化硅和二硼化锆的混合粉中碳化硅粉和二硼化锆粉的重量百分数分别为40％-60％、40％-60％。
本发明还提供了上述军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取重量分数为75％-80％的铁铬铝混合粉、10％-15％镍铜混合粉，以及5％-15％碳化硅和二硼化锆的混合粉，在行星球磨机中搅拌，转速200-260r/min，混合60-90min，转速太低很难混合均匀，转速太高则硼化物的太硬导致硼化物颗粒嵌入到进入颗粒中不能很好的分散在所有的金属相中；
(2)将搅拌均匀的金属粉放入刚玉坩埚中，在惰性气体保护的高温炉中1500-1650℃，保温30-60min，烧结温度低不能形成良好的均匀相，即没有烧透，烧结时间短同样没有烧透，烧结时间太长经济上不划算；
(3)冷却至室温得到铁铬铝铜镍合金。
本发明的有益效果是：
本发明在不改变铁铬铝的主要成分的基础上，添加金属铜和镍，以及碳化硅和二硼化锆的混合粉，并通过一定的工艺，既保证了合金的柔韧性，又提高了合金的耐高温氧化性能。采用本发明合金作为柴油机尾气净化装置的机体非常适用于军用柴油车。
具体实施方式
现在对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例的军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料，原料包括以下重量百分数的组分：
铁铬铝混合粉75％，其中铁粉、铬粉、铝粉的重量百分数分别为70％、25％、5％；镍铜混合粉10％，其中铜粉和镍粉的重量百分数分别为20％、80％；
碳化硅粉和二硼化锆粉的混合粉15％，其中碳化硅粉和二硼化锆粉的重量百分数分别为40％、60％。
上述军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量分数称取铁铬铝混合粉、镍铜混合粉，以及碳化硅和二硼化锆的混合粉，在行星球磨机中搅拌，转速200r/min，混合60min；
(2)将搅拌均匀的金属粉放入刚玉坩埚中，在惰性气体保护的高温炉中1500℃，保温30min；
(3)冷却至室温得到铁铬铝铜镍合金。
实施例2
本实施例的军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料，包括以下重量百分数的组分：
铁铬铝混合粉78％，其中铁粉、铬粉、铝粉的重量百分数分别为70％、25％、5％；镍铜混合粉10％，其中铜粉和镍粉的重量百分数分别为25％、75％；
碳化硅粉和二硼化锆粉的混合粉12％，其中碳化硅粉和二硼化锆粉的重量百分数分别为45％、55％。
上述军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量分数称取铁铬铝混合粉、镍铜混合粉，以及碳化硅和二硼化锆的混合粉，在行星球磨机中搅拌，转速220r/min，混合70min；
(2)将搅拌均匀的金属粉放入刚玉坩埚中，在惰性气体保护的高温炉中1550℃，保温35min；
(3)冷却至室温得到铁铬铝铜镍合金。
实施例3
本实施例的军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料，包括以下重量百分数的组分：
铁铬铝混合粉76％，其中铁粉、铬粉、铝粉的重量百分数分别为70％、25％、5％；镍铜混合粉14％，其中铜粉和镍粉的重量百分数分别为30％、70％；
碳化硅粉和二硼化锆粉的混合粉10％，其中碳化硅粉和二硼化锆粉的重量百分数分别为50％、50％。
上述军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量分数称取铁铬铝混合粉、镍铜混合粉，以及碳化硅和二硼化锆的混合粉，在行星球磨机中搅拌，转速230r/min，混合65min；
(2)将搅拌均匀的金属粉放入刚玉坩埚中，在惰性气体保护的高温炉中1600℃，保温50min；
(3)冷却至室温得到铁铬铝铜镍合金。
实施例4
本实施例的军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料，包括以下重量百分数的组分：
铁铬铝混合粉78％，其中铁粉、铬粉、铝粉的重量百分数分别为70％、25％、5％；镍铜混合粉14％，其中铜粉和镍粉的重量百分数分别为35％、65％；
碳化硅粉和二硼化锆粉的混合粉8％，其中碳化硅粉和二硼化锆粉的重量百分数分别为55％、45％。
上述军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量分数称取铁铬铝混合粉、镍铜混合粉，以及碳化硅和二硼化锆的混合粉，在行星球磨机中搅拌，转速250r/min，混合80min；
(2)将搅拌均匀的金属粉放入刚玉坩埚中，在惰性气体保护的高温炉中1620℃，保温55min；
(3)冷却至室温得到铁铬铝铜镍合金。
实施例5
本实施例的军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料，包括以下重量百分数的组分：
铁铬铝混合粉79％，其中铁粉、铬粉、铝粉的重量百分数分别为70％、25％、5％；镍铜混合粉14％，其中铜粉和镍粉的重量百分数分别为38％、62％；
碳化硅粉和二硼化锆粉的混合粉7％，其中碳化硅粉和二硼化锆粉的重量百分数分别为58％、42％。
上述军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量分数称取铁铬铝混合粉、镍铜混合粉，以及碳化硅和二硼化锆的混合粉，在行星球磨机中搅拌，转速210r/min，混合65min；
(2)将搅拌均匀的金属粉放入刚玉坩埚中，在惰性气体保护的高温炉中1680℃，保温55min；
(3)冷却至室温得到铁铬铝铜镍合金。
实施例6
本实施例的军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料，包括以下重量百分数的组分：
铁铬铝混合粉80％，其中铁粉、铬粉、铝粉的重量百分数分别为70％、25％、5％；镍铜混合粉15％，其中铜粉和镍粉的重量百分数分别为40％、60％；
碳化硅粉和二硼化锆粉的混合粉5％，其中碳化硅粉和二硼化锆粉的重量百分数分别为60％、40％。
上述军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量分数称取铁铬铝混合粉、镍铜混合粉，以及碳化硅和二硼化锆的混合粉，在行星球磨机中搅拌，转速260r/min，混合90min；
(2)将搅拌均匀的金属粉放入刚玉坩埚中，在惰性气体保护的高温炉中1650℃，保温60min；
(3)冷却至室温得到铁铬铝铜镍合金。
上述实施例1-6多次制备的铁铬铝铜镍合金，按照国家标准GB/T228-2002进行测试以获得断裂伸长率；按照GB/T4338-1995金属材料高温拉伸试验标准，在高温环境中测试拉伸强度大于1MPa时的温度以获得最高使用温度；采用2mm厚金属片弯折180度断裂前弯折次数来测量柔韧性。测试值见表1。
表1：
| 测试项目 | 拉伸强度 | 断裂伸长率 | 最高使用温度 | 弯折次数 |
| 实施例1 | 780MPa | 18％ | 1260℃ | 9 |
| 实施例2 | 730MPa | 19％ | 1210℃ | 12 |
| 实施例3 | 700MPa | 23％ | 1170℃ | 15 |
| 实施例4 | 690MPa | 24％ | 1130℃ | 18 |
| 实施例5 | 680MPa | 24％ | 1110℃ | 25 |
| 实施例6 | 650MPa | 25％ | 1090℃ | 28 |
从上表1可以看出，本发明的各项性能均较为优秀，尤其是各实施例的最高使用温度均在1000℃以上，相对于铁铬铝合金有显著的提高，而且其还保持了较好的柔韧性，非常适用于军用柴油车。
上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (3)
1.一种军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料，其特征在于，原料包括以下重量百分数的组分：铁铬铝混合粉75％-80％，镍铜混合粉10％-15％，以及碳化硅粉和二硼化锆粉的混合粉5％-15％；
所述铁铬铝混合粉中铁粉、铬粉、铝粉的重量百分数分别为70％、25％、5％；
所述镍铜混合粉中铜粉和镍粉的重量百分数分别为20％-40％、60％-80％；
所述碳化硅和二硼化锆的混合粉中碳化硅粉和二硼化锆粉的重量百分数分别为40％-60％、40％-60％。
2.一种权利要求1所述的军用柴油车尾气净化装置用铁铬铝铜镍合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取重量分数为75％-80％的铁铬铝混合粉、10％-15％镍铜混合粉，以及5％-15％碳化硅和二硼化锆的混合粉，并以转速200-260r/min进行混合；
(2)将搅拌均匀的金属粉放入刚玉坩埚中，在惰性气体保护的高温炉中1500-1650℃，保温30-60min；
(3)冷却至室温得到铁铬铝铜镍合金。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)在行星球磨机中搅拌，混合60-90min。
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