一种可在大气中使用的涂层钼发热体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涂层钼发热体及其制备方法，尤其是一种可实现金属钼在高温大气环境中使用的制备技术。
【背景技术】
[0002]金属钼及其合金具有高的熔点(2610°C)、良好的导热导电性和低的膨胀系数，而且在高温下仍能保持高的强度，是作为高温发热元件的理想材料。目前，金属钼及其合金常用来制造高温炉的发热体，在钨钼及硬质合金生产中，多数采用钼丝作为还原炉和烧结炉的发热元件，一些铁制品的烧结则采用钼杆发热体。采用钼丝或钼棒作为发热体的氢气还原炉使用温度可达到1800°C以上，其使用寿命等方面均比硅钼棒等其它发热体具有明显优势，同时，金属钼成型性好，易加工，可制成钼丝、钼棒、钼片或钼异形件等作为发热体。然而，钼及其合金的高温抗氧化性能差，在有氧环境下，当温度达到400°C时开始发生轻微氧化，高于600°C后则因剧烈氧化而生成挥发性的MoO3,导致钼发热体只可在真空或保护气氛环境下使用，这对钼发热体的使用领域的扩展造成极大的限制。
[0003]目前，市场上的钼发热体的常用规格有钼丝和钼棒两种，最高使用温度可达2000°C，但只能用于气氛炉和真空炉。在提高金属钼高温抗氧化性能方面，目前通常采用表面涂层技术，张厚安等(张厚安，于洋，古思勇，等.一种高温抗氧化涂层钼材料的制备方法[P]，中国专利申请号201110383828.6，2011.11.25 ;张厚安，于洋，古思勇，等.一种高温抗氧化钼材料及其生产方法[P]，中国专利申请号201310180081.3，2013.05.15.)公开了钼基体表面具有Mo-N-S1-B系和Mo-W-N-Si系的高温抗氧化涂层钼材料，其具有良好的高温抗氧化性能；胡平等(胡平，王快社，杨帆，等.一种钼及钼合金表面抗氧化涂层的制备方法[P]，CN201410208597.9,2014.05.16.)采用分步刷涂法在钼及钼合金表面制备了Hf-Y混合氧化物涂层，抗氧化性能好；李鹏飞等(李鹏飞，范景莲，成会朝，等.钼合金表面MoSi2涂层的制备工艺和形成机理[J].中南大学学报(自然科学版)，2012，43(7).)采用包埋渗硅法在钼合金表面制备了二硅化钼涂层，分析了涂层的形成机理，但未研宄其高温抗氧化性能。虽表面涂层技术可提高钼及其合金的高温抗氧化性能，但未见其作为钼发热方面的应用报道。刘世全等(刘世全，徐家庆.一种高温炉发热体[P]，CN102345156 B，2013.04.24.)公布了一种由钨棒或钼棒加工制作成为的高温炉发热体，其制作简单，成本低，但因易氧化，不适合在高温大气环境下使用。
【发明内容】
[0004]本发明针对常规钼发热体不能在高温大气环境中使用的缺点，提供一种可在高温大气中使用的涂层钼发热体及其制备方法，且制备简单，成本低，易于工业化生产。
[0005]为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是:
一种可在大气中使用的涂层钼发热体，其以掺钾钼或掺镧钼作为发热体基体材料，并按尺寸和形状要求加工出所需的形状，通过高温扩散反应在基体材料表面制备出至少含有MoSi2相的抗氧化涂层。
[0006]优选地，所述掺钾钼的钾元素含量大于150ppm。
[0007]所述的发热体包括发热部、冷端部及喷铝部。
[0008]上述可在大气中使用的涂层钼发热体的制备方法，包括如下步骤:
(1)采用掺钾钼或掺镧钼为发热体基体材料，并按尺寸和形状要求加工出所需的形状；
(2)抛光及预处理:对基体材料进行抛光，之后清洗并烘干；
(3)高温扩散反应:将基体材料埋入到反应粉末渗剂中，并在1000?1400°C的真空或惰性气体气氛下保温5?20小时，使钼基体与渗剂元素之进行充分扩散而在基体材料表面形成涂层。
[0009]优选地，所述步骤(I)中，所述掺钾钼的钾元素含量大于150ppm。
[0010]优选地，所述步骤(2)中，采用电解抛光方法，电解液配比为:5?1vol.%氢氟酸+ 10?20vol.%硝酸+余量蒸馏水，电压10?15V，时间30?60s。
[0011]优选地，所述步骤(2)中，采用超声波清洗。
[0012]优选地，所述步骤(3)中，所述反应粉末渗剂包含硅和氧化铝粉末，同时包含硼、铝、铬、钨粉末中的至少一种粉末。
[0013]优选地，所述反应粉末渗剂中，其中硅10?30 wt.%，硼、铝、铬、钨粉末中的至少一种粉末5?1wt.%，余量为氧化销。
[0014]所述的发热体包括发热部、冷端部及喷铝部，该发热体的末端进行喷铝处理形成所述的喷铝部。
[0015]采用上述方案后，本发明具有如下有益效果:
(1)采用扩散反应技术制备出具有高温抗氧化性能的涂层钼发热体，解决了钼发热体不能在有氧环境使用的问题；
(2)通过不同反应渗剂和处理工艺对涂层钼发热体表面的相态进行调控，可制备出适用于不同温度条件的涂层钼发热体；
(3)制备工艺简单，成本低，易于工业化生产，且反应渗剂可反复回收使用，节约生产成本；
(4)发热体可按要求加工成丝、棒以及其它异形件。
【附图说明】
[0016]图1为本发明高温大气中使用的涂层钼发热体的制备工艺流程；
图2为本发明高温大气中使用的“U”型涂层钼发热体示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
[0018]本发明所揭示的是一种可在高温大气中使用的涂层钼发热体，其以掺钾钼作为发热体基体材料，其钾元素含量应大于150ppm，并按尺寸和形状要求加工出所需的形状，通过高温扩散反应在基体材料表面制备出至少含有MoSijg的抗氧化涂层。其制备工艺流程为:掺钾钼基体一基体加工一抛光、预处理一高温扩散反应一涂层钼发热体，具体制备方法如下所述。
[0019]需要说明的是，采用掺钾钼的原因是:如采用纯钼或其它合金钼，在高温扩散反应过程中，由于温度高，使钼因再结晶使得晶粒长大，导致脆性增加，严重时会在取样品时发生脆断，另外在发热体使用过程中也极易出现断裂；掺钾钼具有高的再结晶温度，可避免出现上述现象。当然，掺镧钼也具有较高的再结晶温度，因此也可以采用掺镧钼，但其较果不如掺钾钼。
[0020]实施例1:
一种可在高温大气中使用的涂层钼发热体的制备工艺流程如图1所示。
[0021](I)选用钾元素含量大于250ppm的掺钾钼作为基体，并按图2规格(整个发热体包括发热部、冷端部及喷铝部)进行加工后，将其放入配比为1vol.%氢氟酸+ 20vol.%硝酸+余量蒸馏水的电解液中，电解电压为10V，电解时间为30s，随后将电解后的发热体基体超声波清洗5