阅读说明：本技术 具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法、应用和制备装置 (Iron-chromium-aluminum alloy wire with oxide film, and preparation method, application and preparation device thereof ) 是由 李刚 陶科 韩鹏 郑晓丹 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法、应用和制备装置,所述具有氧化膜的铁铬铝合金丝包括铁铬铝合金基体和氧化膜,所述氧化膜包覆在所述铁铬铝合金基体的外侧,所述氧化膜为含有Cr<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>和Fe<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>的复合氧化物。该氧化膜密度较大,能够很好的包裹在铁铬铝基体表面,有效避免作为电阻丝使用时导致的加热氧化问题,延长了铁铬铝合金丝使用寿命,1350℃下快速寿命最高可达120h,且美观大方；还可以避免光亮铁铬铝合金丝长期存放导致的锈蚀问题。(The invention provides an iron-chromium-aluminum alloy wire with an oxide film, and a preparation method, application and a preparation device thereof 2 O 3 And Fe 2 O 3 The composite oxide of (3). The oxide film has high density, can be well wrapped on the surface of an iron-chromium-aluminum matrix, effectively avoids the problem of heating oxidation caused by using the oxide film as a resistance wire, prolongs the service life of the iron-chromium-aluminum alloy wire, has a quick service life of 120h at 1350 ℃, and is attractive and elegant; can also avoid the corrosion problem caused by long-term storage of bright iron-chromium-aluminum alloy wires.)

具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法、应用和制备装置

技术领域

本发明属于铁铬铝合金丝制备技术领域，特别涉及一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法、应用和制备装置。

背景技术

铁铬铝合金是作为耐高温合金，具有良好的抗氧化和抗蠕变性能。铁铬铝合金丝在经过多道次拉拔之后需要进行退火热处理，以消除残余应力提高抗拉强度等使用性能。为了保证铁铬铝合金良好的抗氧化性，多采用连续退火的热处理工艺，退火过程采用氮氢混合气体，同时控制氮氢混合气体的流量，以保证在高温环境下铁铬铝合金丝不被氧化。经过连续退火处理后的光亮铁铬铝合金丝表面光亮干净，能够满足绝大多数的客户使用条件。

光亮合金丝表面未被氧化，但是在使用过程中，光亮铁铬铝合金作为高温电阻材料会在800～1100℃下连续加热，在整个加热过程中铁铬铝合金电阻丝会由外到内的发生氧化反应，进而对电阻丝的抗蠕变性能和使用寿命产生一定的影响。

发明内容

本发明提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法、应用和制备装置，以解决光亮铁铬铝合金丝使用过程加热氧化造成的寿命短的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝，所述具有氧化膜的铁铬铝合金丝包括铁铬铝合金基体和氧化膜，所述氧化膜包覆在所述铁铬铝合金基体的外侧，所述氧化膜为含有Cr₂O₃和Fe₂O₃的复合氧化物。

进一步地，所述氧化膜为金黄色，所述氧化膜的厚度为1～2μm，所述氧化膜的密度为5.2～5.5g/cm³。

进一步地，所述铁铬铝合金基体的直径为1.2～4.75mm。

进一步地，所述铁铬铝合金基体包括如下质量分数的化学成分：Cr：19.5～23.5％，Al：5.0～6.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。

第二方面，本发明实施例提供了上述的一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝的制备方法，其特征在于，所述方法包括，

获得拉拔铁铬铝合金丝；

将所述拉拔铁铬铝合金丝在氧化性气氛下进行连续退火和冷却，使所述拉拔铁铬铝合金丝表面形成金黄色氧化物，获得具有氧化膜的铁铬铝合金丝。

进一步地，氧化性气氛通过吹入空气或者氧气获得，当吹入空气时，所述空气流量为3.5～4.5m³/min；当吹入氧气时，所述氧气流量为0.7～1.0m³/min。

进一步地，所述连续退火中，退火温度为750～800℃，保温时间为3～5min。

进一步地，所述冷却为水冷，所述水冷结束温度为20～25℃。

第三方面，本发明实施例提供了上述的一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝的应用，将所述具有氧化膜的铁铬铝合金丝用于制作电阻丝。

第四方面，本发明实施例提供了上述的一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝的制备方法所用的制备装置，所述装置包括连续退火炉和鼓风机，所述连续退火炉上设置有导线管，所述导线管的入风口与鼓风机的出风口连通，所述鼓风机的入风口与氧化性气源连通。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法、应用和制备装置，所述具有氧化膜的铁铬铝合金丝包括铁铬铝合金基体和氧化膜，所述氧化膜包覆在所述铁铬铝合金基体的外侧，该氧化膜密度较大，能够很好的包裹在铁铬铝基体表面，该氧化膜能够阻隔空气和内部铁铬铝丝接触，防止氧气进一步的氧化，有效避免作为电阻丝使用时导致的加热氧化问题，延长了铁铬铝合金丝使用寿命，1350℃快速寿命最高可达120h，且美观大方。还可以避免光亮铁铬铝合金丝长期存放导致的锈蚀问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例制备的具有氧化膜的铁铬铝合金丝；

图2是对比例1在自然空气对流条件下制备的具有氧化膜的铁铬铝合金丝；

图3是传统工艺下制备的光亮铁铬铝合金丝；

图4是本发明具有氧化膜的铁铬铝合金丝的制备装置；

图5是传统工艺下的光亮铁铬铝合金丝的制备装置。

图4和图5中：1-铁铬铝合金盘条；2-退火炉炉体；3-鼓风机；4-导线管；5-水冷装置；6-吹气装置。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝，所述具有氧化膜的铁铬铝合金丝包括铁铬铝合金基体和氧化膜，所述氧化膜包覆在所述铁铬铝合金基体的外侧，所述氧化膜为含有Cr₂O₃和Fe₂O₃的复合氧化物。

Cr₂O₃和Fe₂O₃的复合氧化物的氧化膜包覆在所述铁铬铝合金基体的表面，具体参见图1，(图1铁铬铝合金丝的实际颜色为金黄色)且该复合氧化物具有较高的致密性，能够很好的阻隔空气和内部铁铬铝合金丝接触，防止氧气进一步的氧化，有效避免作为电阻丝使用时导致的加热氧化问题，延长了铁铬铝合金丝使用寿命，且美观大方。还可以避免光亮铁铬铝合金丝长期存放导致的锈蚀问题。

具有氧化膜的铁铬铝合金丝在后续的机械加工过程中，氧化膜与内部铁铬铝合金丝延展率保持一致，不会出现脱落的状况。

进一步地，所述氧化膜为金黄色，所述氧化膜的厚度为1～2μm，所述氧化膜的密度为5.2～5.5g/cm³。

一定厚度的氧化膜可以阻止空气中的氧气和水进入铁铬铝合金丝基体，避免氧化。氧化膜的密度大于铁铬铝合金丝的密度，可以使氧化膜与铁铬铝合金基体紧密结合。

进一步地，所述铁铬铝合金基体的直径为1.2～4.75mm。

进一步地，所述铁铬铝合金包括如下质量分数的化学成分：Cr：19.5～23.5％，Al：5.0～6.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。

第二方面，本发明实施例提供了上述的一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝的制备方法，所述方法包括，

S1，获得拉拔铁铬铝合金丝；

S2，将所述拉拔铁铬铝合金丝在氧化性气氛下进行连续退火和冷却，使所述拉拔铁铬铝合金丝表面形成金黄色氧化物，获得具有氧化膜的铁铬铝合金丝。

铁铬铝作为耐高温合金，具有良好的抗氧化和抗蠕变性能。铁铬铝合金丝在经过多道次拉拔之后存在加工硬化现象，需要进行退火热处理，以消除残余应力提高抗拉强度等使用性能。

在氧化性气氛下，铁铬铝合金中的铬元素、铁元素分别与氧气发生氧化反应，同时氧化物之间还存在着化学反应，会形成一种含有Cr₂O₃和Fe₂O₃的复合氧化物的氧化物，这种氧化物因为有铬元素和铁元素而呈现出金黄色。

传统的连续退火工艺是通入氮氢混合气体，以保证在高温环境下铁铬铝成品丝不被氧化，这种传统退火工艺生产的铁铬铝合金丝表面光亮干净，但是在长时间在潮湿空气中存放容易生锈，在连续加热条件下表面发生氧化颜色变黑，降低了使用寿命。

进一步地，氧化性气氛通过吹入空气或者氧气获得，当吹入空气时，所述空气流量为3.5～4.5m³/min；当吹入氧气时，所述氧气流量为0.7～1.0m³/min。

气体流量过小时，氧化不完全，外观上存在色差，寿命不均匀。空气自然对流条件下的铁铬铝合金丝可参见图2(图2铁铬铝合金丝实际颜色非均匀覆盖的金黄色)。气体流量过大时，会造成能源浪费。

进一步地，所述连续退火中，退火温度为750～800℃，保温时间为3～5min。

控制连续退火温度，一方面，可以去掉加工硬化；另一方面，在退火温度下，使铁铬铝合金丝与氧气反应生成氧化膜。连续退火温度过高，合金丝表面容易造成过烧，表面氧化程度较高，除致密的Cr₂O₃外，还容易形成Al₂O₃和Fe₂O₃，这两种氧化物比较疏松且呈现黑色，在后续加工处理过程中容易脱落，对材料的表面质量和机械性能产生影响，连续退火温度过低，退火温度不够，材料加工应力释放不完全，在使用过程中易产生脆断，且表面氧化不完全，产生的氧化色不均匀。

进一步地，所述冷却为水冷，所述水冷结束温度为20～25℃。

水冷的作用是使材料快速冷却，阻止晶粒和析出相的进一步长大。

第三方面，本发明实施例提供了一种上述的具有氧化膜的铁铬铝合金丝的应用，将所述具有氧化膜的铁铬铝合金丝用于制作电阻丝。

铁铬铝合金丝作为高温电阻材料，会在800～1100℃下连续加热，本申请的具有氧化膜的铁铬铝合金丝，在加热中，由于氧化膜的保护作用，避免铁铬铝合金与氧气发生氧化反应，从而避免传统的光亮铁铬铝电阻丝加热时会由外到内的发生氧化反应，进而提高电阻丝的抗蠕变性能和使用寿命。

第四方面，本发明实施例提供了上述的一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝的制备方法所用的制备装置，所述装置包括连续退火炉和鼓风3，所述连续退火炉上设置有导线管4，所述导线管4的入风口与鼓风机3的出风口连通，所述鼓风机3的入风口与氧化性气源连通。

图4为本发明具有氧化膜的铁铬铝合金丝的制备装置，结合图4，连续退火炉包括退火炉炉体2、导线管4和水冷装置5。成捆的铁铬铝合金盘条1通过放卷装置平直后由导线管4进入退火炉中，在750～800℃温度和一定线速度下进行连续退火，保证保温时间为3～6min。连续退火完成后，盘条再沿着导线管4进入水冷装置5中进行冷却，最后通过收卷装置进行收卷成捆。在整个过程中，导线管3与鼓风机3连通。在高温状态下，盘条表面在导线管4中会与进入导线管4中的氧化性气体发生氧化反应，形成氧化膜。

图5为传统工艺下的光亮铁铬铝合金丝的制备装置，结合图5可知，传统工艺下，会利用吹气装置6吹入氮氢混合气体，并进入与吹气装置连通的导线管4，从而控制导线管中的盘条不被氧化。

连续退火炉是现有技术，在此不作限定，凡是可以实现本申请功能的连续退火炉均可用于本申请。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法、应用和制备装置进行详细说明。

实施例1

实施例1提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法，铁铬铝合金丝的化学成分如表1所示(余量为Fe及不可避免的杂质，其中Ni杂质≤0.06％)，将如表1示成分的拉拔后的直径为1.5mm的铁铬铝合金丝在吹入空气的气氛下进行连续退火，吹入空气的流量为3.6m³/min，连续退火温度为760℃，保温时间为3min，保温后进行水冷，水冷结束温度为20℃。

实施例2

实施例2提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法，铁铬铝合金丝的化学成分如表1所示(余量为Fe及不可避免的杂质，其中Ni杂质≤0.06％)，将如表1示成分的拉拔后的直径为1.8mm的铁铬铝合金丝在吹入空气的气氛下进行连续退火，吹入空气的流量为4.2m³/min，连续退火温度为780℃，保温时间为4min，保温后进行水冷，水冷结束温度为23℃。

实施例3

实施例3提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法，铁铬铝合金丝的化学成分如表1所示(余量为Fe及不可避免的杂质，其中Ni杂质≤0.06％)，将如表1示成分的拉拔后的直径为2.5mm的铁铬铝合金丝在吹入空气的气氛下进行连续退火，吹入空气的流量为3.9m³/min，连续退火温度为790℃，保温时间为5min，保温后进行水冷，水冷结束温度为25℃。

实施例4

实施例提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法，铁铬铝合金丝的化学成分如表1所示(余量为Fe及不可避免的杂质，其中Ni杂质≤0.06％)，将如表1示成分的拉拔后的直径为3.8mm的铁铬铝合金丝在吹入氧气的气氛下进行连续退火，吹入氧气的流量为0.8m³/min，连续退火温度为800℃，保温时间为3.5min，保温后进行水冷，水冷结束温度为25℃。

实施例5

实施例提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法，铁铬铝合金丝的化学成分如表1所示(余量为Fe及不可避免的杂质，其中Ni杂质≤0.06％)，将如表1示成分的拉拔后的直径为4.25mm的铁铬铝合金丝在吹入氧气的气氛下进行连续退火，吹入氧气的流量为1.0m³/min，连续退火温度为750℃，保温时间为4.5min，保温后进行水冷，水冷结束温度为25℃。

实施例6

实施例提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法，铁铬铝合金丝的化学成分如表1所示(余量为Fe及不可避免的杂质，其中Ni杂质≤0.06％)，将如表1示成分的拉拔后的直径为4.5mm的铁铬铝合金丝在吹入氧气的气氛下进行连续退火，吹入氧气的流量为0.9m³/min，连续退火温度为770℃，保温时间为4.5min，保温后进行水冷，水冷结束温度为25℃。

对比例1

为了研究吹入空气流量的影响，对比例1以实施例1为参照，与实施例1不同的是在连续退火中不吹入空气，采用空气自然对流的方式，进行连续退火。

对比例2

对比例2提供了一种传统光亮退火铁铬铝合金丝，在连续退火过程中，利用图4的吹气装置吹入氮氢混合气体，流量为3～5m³/min，处理后的光亮退火铁铬铝合金丝如图3所示。

对比例3

1).采用预处理工艺：铁铬铝在变形加工后迅速将其热转至80℃以上的热碱液中浸泡1-1.5小时；浸泡后，用80℃以上的高压热水冲净表面润滑剂后，迅速入10％-15％的硝酸溶液钝化5-10分钟，然后用80℃以上的高压热水冲净，迅速装架并装炉，装炉温度为840±10℃；

2).热处理的装炉量控制在正常装炉量的三分之一到二分之一；

3).装料时最底部的铁铬铝料距炉底20cm以上，并保持铁铬铝料处于松散状态；

4).采用井式热处理炉，保温温度840±10℃，时间2～3小时，出炉后水冷却，即可得到表面有一层均匀一致的蓝色氧化膜的蓝色铁铬铝产品。

将实施例1到实施例6、对比例1、对比例3制备的具有氧化膜的铁铬铝合金丝采用扫描电镜设备进行氧化膜成分检测，如表1所示，并进行氧化膜厚度和密度检测，如表2所示。采用寿命仪在1350℃下连续加热测定其断裂时间，其断裂时间为铁铬铝合金丝的快速寿命，快速寿命越长，表面铁铬铝合金丝的使用寿命越长，检测结果如表3所示。采用拉伸试样机进行力学性能检测，检测结果如表3所示。

表1

编号	Cr	Al
			实施例1	24％	6.0％
实施例2	21％	6.0％
			实施例3	25％	5.3％
实施例4	23％	5.0％
			实施例5	19％	5.0％
实施例6	22	5.5
			对比例1	19％	3.0％
对比例2	25％	5.0％
			对比例3	21％	6.3％

表2

表3

根据表1可知，

本申请实施例1到实施例6的具有氧化膜的铁铬铝合金丝的抗拉强度为600～680MPa，延伸率为15～18％，与传统的光亮铁铬铝合金丝(对比例2)处于同一水平，因此，氧化膜对铁铬铝合金丝的力学性能没有任何影响。实施例1到实施例6的氧化膜的成分为Cr₂O₃和Fe₂O₃的复合氧化物，呈现金黄色，颜色亮丽，包裹均匀，1350℃下，其快速寿命为108～120h。

对比例1是为了研究吹入空气流量的影响，其铁铬铝合金丝的氧化膜的成分为Cr₂O₃和Fe₂O₃的复合氧化物，但是其包覆不均匀，容易发生锈蚀问题，抗拉强度为580MPa，1350℃下，其快速寿命为96h，低于本申请。

对比例2是传统的光亮退火铁铬铝合金丝，无氧化膜，其抗拉强度为650MPa，延伸率为18％，与本申请处于同一水平。1350℃下其快速寿命为90h，低于本申请。

对比例3是一种具有蓝色氧化膜的铁铬铝合金丝，其氧化膜成分为Fe₂O₃·nH₂O，与本申请的氧化膜成分完全不同；铁铬铝合金丝的抗拉强度为680MPa，延伸率为18％，快速寿命为120h，与本申请的快速寿命处于同一水平。

根据上述可知，本申请实施例1到实施例6制备的铁铬铝合金丝与光亮退火合金丝力学性能水平相当，但是其快速寿命高于光亮退火合金丝，提高了使用寿命。

本发明提供了一种具有氧化膜的铁铬铝合金丝及其制备方法、应用和制备装置，本申请至少具有以下优点：

(1)包覆在铁铬铝合金基体的表面氧化膜具有较高的致密性，且能够均匀的附着在铁铬铝丝表面，能够很好的阻隔空气和内部铁铬铝合金丝接触，防止氧气进一步的氧化，有效避免作为电阻丝使用时导致的加热氧化问题，延长了铁铬铝合金丝使用寿命，且美观大方。

(2)可以避免光亮铁铬铝合金丝长期存放导致的锈蚀问题。

(3)氧化膜与内部铁铬铝合金丝延展率保持一致，机械加工过程中，不会出现脱落的状况。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。