一種可在大氣中使用的涂層鉬發(fā)熱體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種涂層鉬發(fā)熱體及其制備方法，尤其是一種可實現(xiàn)金屬鉬在高溫大氣環(huán)境中使用的制備技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬鉬及其合金具有高的熔點(2610°C)、良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性和低的膨脹系數(shù)，而且在高溫下仍能保持高的強度，是作為高溫發(fā)熱元件的理想材料。目前，金屬鉬及其合金常用來制造高溫爐的發(fā)熱體，在鎢鉬及硬質(zhì)合金生產(chǎn)中，多數(shù)采用鉬絲作為還原爐和燒結(jié)爐的發(fā)熱元件，一些鐵制品的燒結(jié)則采用鉬桿發(fā)熱體。采用鉬絲或鉬棒作為發(fā)熱體的氫氣還原爐使用溫度可達(dá)到1800°C以上，其使用壽命等方面均比硅鉬棒等其它發(fā)熱體具有明顯優(yōu)勢，同時，金屬鉬成型性好，易加工，可制成鉬絲、鉬棒、鉬片或鉬異形件等作為發(fā)熱體。然而，鉬及其合金的高溫抗氧化性能差，在有氧環(huán)境下，當(dāng)溫度達(dá)到400°C時開始發(fā)生輕微氧化，高于600°C后則因劇烈氧化而生成揮發(fā)性的MoO3,導(dǎo)致鉬發(fā)熱體只可在真空或保護氣氛環(huán)境下使用，這對鉬發(fā)熱體的使用領(lǐng)域的擴展造成極大的限制。
[0003]目前，市場上的鉬發(fā)熱體的常用規(guī)格有鉬絲和鉬棒兩種，最高使用溫度可達(dá)2000°C，但只能用于氣氛爐和真空爐。在提高金屬鉬高溫抗氧化性能方面，目前通常采用表面涂層技術(shù)，張厚安等(張厚安，于洋，古思勇，等.一種高溫抗氧化涂層鉬材料的制備方法[P]，中國專利申請?zhí)?01110383828.6，2011.11.25 ;張厚安，于洋，古思勇，等.一種高溫抗氧化鉬材料及其生產(chǎn)方法[P]，中國專利申請?zhí)?01310180081.3，2013.05.15.)公開了鉬基體表面具有Mo-N-S1-B系和Mo-W-N-Si系的高溫抗氧化涂層鉬材料，其具有良好的高溫抗氧化性能；胡平等(胡平，王快社，楊帆，等.一種鉬及鉬合金表面抗氧化涂層的制備方法[P]，CN201410208597.9,2014.05.16.)采用分步刷涂法在鉬及鉬合金表面制備了Hf-Y混合氧化物涂層，抗氧化性能好；李鵬飛等(李鵬飛，范景蓮，成會朝，等.鉬合金表面MoSi2涂層的制備工藝和形成機理[J].中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2012，43(7).)采用包埋滲硅法在鉬合金表面制備了二硅化鉬涂層，分析了涂層的形成機理，但未研宄其高溫抗氧化性能。雖表面涂層技術(shù)可提高鉬及其合金的高溫抗氧化性能，但未見其作為鉬發(fā)熱方面的應(yīng)用報道。劉世全等(劉世全，徐家慶.一種高溫爐發(fā)熱體[P]，CN102345156 B，2013.04.24.)公布了一種由鎢棒或鉬棒加工制作成為的高溫爐發(fā)熱體，其制作簡單，成本低，但因易氧化，不適合在高溫大氣環(huán)境下使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對常規(guī)鉬發(fā)熱體不能在高溫大氣環(huán)境中使用的缺點，提供一種可在高溫大氣中使用的涂層鉬發(fā)熱體及其制備方法，且制備簡單，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種可在大氣中使用的涂層鉬發(fā)熱體，其以摻鉀鉬或摻鑭鉬作為發(fā)熱體基體材料，并按尺寸和形狀要求加工出所需的形狀，通過高溫擴散反應(yīng)在基體材料表面制備出至少含有MoSi2相的抗氧化涂層。
[0006]優(yōu)選地，所述摻鉀鉬的鉀元素含量大于150ppm。
[0007]所述的發(fā)熱體包括發(fā)熱部、冷端部及噴鋁部。
[0008]上述可在大氣中使用的涂層鉬發(fā)熱體的制備方法，包括如下步驟:
(1)采用摻鉀鉬或摻鑭鉬為發(fā)熱體基體材料，并按尺寸和形狀要求加工出所需的形狀；
(2)拋光及預(yù)處理:對基體材料進(jìn)行拋光，之后清洗并烘干；
(3)高溫擴散反應(yīng):將基體材料埋入到反應(yīng)粉末滲劑中，并在1000?1400°C的真空或惰性氣體氣氛下保溫5?20小時，使鉬基體與滲劑元素之進(jìn)行充分?jǐn)U散而在基體材料表面形成涂層。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟(I)中，所述摻鉀鉬的鉀元素含量大于150ppm。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟(2)中，采用電解拋光方法，電解液配比為:5?1vol.%氫氟酸+ 10?20vol.%硝酸+余量蒸餾水，電壓10?15V，時間30?60s。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟(2)中，采用超聲波清洗。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟(3)中，所述反應(yīng)粉末滲劑包含硅和氧化鋁粉末，同時包含硼、鋁、鉻、鎢粉末中的至少一種粉末。
[0013]優(yōu)選地，所述反應(yīng)粉末滲劑中，其中硅10?30 wt.%，硼、鋁、鉻、鎢粉末中的至少一種粉末5?1wt.%，余量為氧化銷。
[0014]所述的發(fā)熱體包括發(fā)熱部、冷端部及噴鋁部，該發(fā)熱體的末端進(jìn)行噴鋁處理形成所述的噴鋁部。
[0015]采用上述方案后，本發(fā)明具有如下有益效果:
(1)采用擴散反應(yīng)技術(shù)制備出具有高溫抗氧化性能的涂層鉬發(fā)熱體，解決了鉬發(fā)熱體不能在有氧環(huán)境使用的問題；
(2)通過不同反應(yīng)滲劑和處理工藝對涂層鉬發(fā)熱體表面的相態(tài)進(jìn)行調(diào)控，可制備出適用于不同溫度條件的涂層鉬發(fā)熱體；
(3)制備工藝簡單，成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)，且反應(yīng)滲劑可反復(fù)回收使用，節(jié)約生產(chǎn)成本；
(4)發(fā)熱體可按要求加工成絲、棒以及其它異形件。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明高溫大氣中使用的涂層鉬發(fā)熱體的制備工藝流程；
圖2為本發(fā)明高溫大氣中使用的“U”型涂層鉬發(fā)熱體示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0018]本發(fā)明所揭示的是一種可在高溫大氣中使用的涂層鉬發(fā)熱體，其以摻鉀鉬作為發(fā)熱體基體材料，其鉀元素含量應(yīng)大于150ppm，并按尺寸和形狀要求加工出所需的形狀，通過高溫擴散反應(yīng)在基體材料表面制備出至少含有MoSijg的抗氧化涂層。其制備工藝流程為:摻鉀鉬基體一基體加工一拋光、預(yù)處理一高溫擴散反應(yīng)一涂層鉬發(fā)熱體，具體制備方法如下所述。
[0019]需要說明的是，采用摻鉀鉬的原因是:如采用純鉬或其它合金鉬，在高溫擴散反應(yīng)過程中，由于溫度高，使鉬因再結(jié)晶使得晶粒長大，導(dǎo)致脆性增加，嚴(yán)重時會在取樣品時發(fā)生脆斷，另外在發(fā)熱體使用過程中也極易出現(xiàn)斷裂；摻鉀鉬具有高的再結(jié)晶溫度，可避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象。當(dāng)然，摻鑭鉬也具有較高的再結(jié)晶溫度，因此也可以采用摻鑭鉬，但其較果不如摻鉀鉬。
[0020]實施例1:
一種可在高溫大氣中使用的涂層鉬發(fā)熱體的制備工藝流程如圖1所示。
[0021](I)選用鉀元素含量大于250ppm的摻鉀鉬作為基體，并按圖2規(guī)格(整個發(fā)熱體包括發(fā)熱部、冷端部及噴鋁部)進(jìn)行加工后，將其放入配比為1vol.%氫氟酸+ 20vol.%硝酸+余量蒸餾水的電解液中，電解電壓為10V，電解時間為30s，隨后將電解后的發(fā)熱體基體超聲波清洗5