粉末冶金部件制造技术

本发明专利技术涉及到一种具有至少80重量％铬含量的粉末冶金部件，其中孔隙和/或氧化物夹杂物存在于该部件中，其中在至少一个区域中贯穿该部件的切割表面处孔隙及氧化物夹杂物总和的每单位面积数目为至少10000/mm2。

Powder metallurgy parts

The invention relates to a powder metallurgy member has at least 80 wt.% of chromium content, the porosity and / or oxide inclusions exist in the number of parts, cutting surface porosity and oxide inclusions which runs through the sum of components in at least one region per unit area of at least 10000/mm2.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有至少80重量％铬含量的粉末冶金部件(其中孔隙和/或氧化物夹杂物存在于该部件中)及其生产方法。本专利技术进一步涉及一种可获自该粉末冶金部件的用于电化学电池的互连器(Interkonnektor)，及具有铬含量为至少80重量％的区域的、用于电化学电池的互连器，其中孔隙及/或氧化物夹杂物存在于该区域中。最后，本专利技术涉及将互连器用于生产电化学电池的用途。
技术介绍
为了连接固体氧化物燃料电池(solidoxidefuelcell；SOFC)或类似电化学电池以形成堆(Stack)，就介于700℃与950℃之间的工作温度下的使用而言，特别适合的是具有高Cr含量的部件，即所谓的互连器。如EP0578855中所描述，这些部件例如能够由成分为Cr5FeY的Cr基合金生产。这些部件实质上用于单个电化学电池的电接触、反应气体的传导及相邻电池的反应气体的分离。为确保相邻电池的气体空间的分离，这些部件必须具有高气密性或低透气性。在现有技术中，通过粉末冶金网状或近网状的生产工艺以便宜方式进行互连器的制造，该生产工艺包含以下步骤：制备粉末批料、压制粉末、预烧结、可选的校准烧结以及在还原气体中烧结。当使用当前市面有售的Cr粉末时，此类互连器在烧结工艺之后仍不具有足够的气密性。存在介于4体积％至12体积％之间的残余孔隙率且孔隙结构极其粗糙，其在部分为开口的。这种开口的残余孔隙率在目的性的氧化工艺中减至最小以达到对于应用而言充分的气密性。这是可能的，因为所得Cr2O3或Cr与Al的混合氧化物(参见US2010/0233576A)具有比金属基体更大的体积，使得孔隙在氧化工艺过程中封闭。就此，无需将直到部件核心的所有孔隙经氧化物填充，但至少封闭约0.2mm厚的边缘层。在后续过程中，至少在电接触面区域中，例如通过喷砂处理工艺而再次将部件表面上所产生的氧化层移除，以便确保在燃料电池堆工作开始时电化学电池与互连器之间的最佳金属接触。尽管可通过额外氧化步骤与后续喷砂处理获得足够的气密性，但此方法可能造成一些困难。就此涉及以下几点：-具有高残余孔隙率或甚至仅具有高残余孔隙率区域的部件，需要或者在高温下氧化或者在极长时间内保持于温度以上，以便形成具有氧化铬作为主要成分的充足量的氧化物夹杂物，尤其当较大开口孔隙存在于该部件中时。较高氧化温度及较长保持时间关联到制造中的相应成本。-较高程度的氧化物夹杂物会引起所期望的部件物理特性(例如热膨胀系数、热传导率、断裂行为)的变化，因为这些特性不仅由金属基体而且由孔隙填充物逐渐确定。该变化可影响到部件整体或仅影响选定的部件区域，导致部件变得异质。-如果氧化物夹杂物程度过高，尤其若孔隙率局部上大小不同(这由于板的两面上的结构不同而在实际部件中为常见情况)，则这导致部件由于过度变形而成为废品且必须废弃。-在氧化过程中，除了形成氧化物夹杂物也可形成Cr氮化物，这些Cr氮化物同样可改变部件的所期望的物理特性。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的为提供一种补救办法且提供一种会减少所述缺点的粉末冶金部件。特别是，该粉末冶金部件具有低透气性，能够低成本地生产且同时尽可能不含有不期望的杂质，如铬氮化物。该目的由具有至少80重量％铬含量的粉末冶金部件达成，其中至少一个来自孔隙及氧化物夹杂物的群组的结构组成部分存在于该部件中，该部件的特征在于，在至少一个区域中沿着贯穿该部件的切割表面的孔隙及氧化物夹杂物总和的每单位面积数目为至少10000/mm2。因此，孔隙及/或氧化物夹杂物存在于该部件之中。另外，也存在部分经氧化物夹杂物填充的孔隙。下文中所述的孔隙也包含经部分填充的孔隙。因此，将经部分填充的孔隙算作孔隙。通过将铬氧化、将可能存在的其他金属氧化以及添加金属氧化物，可在部件中形成氧化物夹杂物。在氧化操作中，例如氮化物的其他化合物也可形成，其同样可形成氧化物夹杂物的一部分。因此，在本专利技术的范畴内，对氧化物夹杂物这一表述应理解为一种夹杂物，其主要成分(>50mol.％)为金属氧化物且也可额外包含氮化物。氧化物夹杂物的主要成分优选为氧化铬，氧化铬含量优选为至少90mol.％。与现有技术相比，此类部件具有显著较高的孔隙及氧化物夹杂物总数目，同时具有大致相同的孔隙率，使得孔隙体积分散为更多且因此更精细的孔隙。本专利技术尤其基于孔隙尺寸对部件具有显著影响的这一认识。较大孔隙的数目尤其应尽可能小，因为此类填充有Cr2O3的孔隙对部件具有负面影响，例如在变形或热膨胀系数方面。在一个实施变体中设置为，沿着切割表面的孔隙及氧化物夹杂物总和数目为至少20000/mm2，优选至少40000/mm2，尤其优选至少60000/mm2。在一种优选的实施变体中，沿着切割表面的孔隙及氧化物夹杂物总和数目为至少90000/mm2。在氧化操作之前每单位面积孔隙总数越大，孔隙可越有效且越经济地通过氧化封闭。根据本专利技术，孔隙理解为所有开口孔隙、闭合孔隙以及至少部分经氧化物填充的孔隙的总和。由于根据本专利技术的部件经历氧化操作，因此先前开口的孔隙通过氧化而至少部分经氧化物填充。因此留下闭合孔隙及先前开口、现完全或部分经氧化物填充的孔隙。在一种优选的实施变体中设置为，在该区域中的铬含量为至少90重量％。高铬含量增加热导率且因此有助于系统中的均匀温度分布。另外，高铬含量降低热膨胀系数，使得其更好地适于当前可获得的电解质材料，例如完全稳定化的氧化锆。在一种优选的实施变体中能够设置为，在部件的区域中，在整个部件厚度上的密度小于理论密度的95％。在另一种实施变体中能够设置为，在部件的区域中，整个部件厚度上的密度在理论密度的70％与95％之间。此数值范围确保部件的良好机械稳定性。在一种有利的实施变体中，在至少一个区域中切割表面处的至少90％孔隙及氧化物夹杂物可具有不超过12μm的当量直径。这对部件的机械特性具有积极作用，且实现开口孔隙在氧化工艺过程中的快速封闭。就具有非圆形截面的孔隙或氧化物夹杂物而言，当量直径意谓，使用截面积A，且通过用公式A＝πd2/4等化所得截面积A来获得当量直径d。当量直径d随后从关系式d＝(4A/π)0.5中得出。本专利技术另外基于氧化操作可在变形及热膨胀方面对部件的均匀性具有负面影响的认识。通过使用其中BET表面积≥0.05m2/g的、金属粉末生产部件，用于封闭孔隙的氧化操作可持续更短，从而使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粉末冶金部件，所述粉末冶金部件具有至少80重量％铬含量，其中孔隙和/或氧化物夹杂物存在于该部件中，其特征在于，在至少一个区域中贯穿该部件的切割表面处的孔隙与氧化物夹杂物的总和的每单位面积的数目为至少10000/mm2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.02 AT GM280/20131.一种粉末冶金部件，所述粉末冶金部件具有至少80重量％铬
含量，其中孔隙和/或氧化物夹杂物存在于该部件中，其特征在于，
在至少一个区域中贯穿该部件的切割表面处的孔隙与氧化物夹杂物
的总和的每单位面积的数目为至少10000/mm2。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金部件，其特征在于，在所述
切割表面处孔隙与氧化物夹杂物总和的每单位面积的数目为至少
90000/mm2。
3.根据权利要求1或2所述的粉末冶金部件，其特征在于，所
述铬含量为至少90重量％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的粉末冶金部件，其特征
在于，在该部件的区域中，在整个部件厚度上的密度在理论密度的
70％与95％之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的粉末冶金部件，其特征
在于，所述孔隙及所述氧化物夹杂物其中的至少90％所具有的最大当
量直径不超过12μm。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的粉末冶金部件，其特征
在于，所述孔隙及所述氧化物夹杂物其中的至少90％所具有的面积不
超过100μm2。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的粉末冶金部件，其特征
在于，在所述区域中总氧含量<20000μg/1g部件。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的粉末冶金部件，其特征

\t在于，在所述区域中总氮含量<2000μg/1g部件。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的粉末冶金部件，其特征
在于，在所述区域中Al2O3含量<500μg/1g部件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的粉末冶金部件，其特征
在于，所述氧含量在该部件厚度上从该部件的中间向边缘增加。
11.一种用于生产根据权利要求1至10中任一项所述的粉末冶
金部件的方法，所述方法包含步骤：
(i)提供包含铬及必要情况下的其他金属的粉末批料，其中铬
含量相对于总金属含量而言为至少80重量％，且所述粉末批料包含
BET表面积≥0.05m2/g的粉末，
(ii)压制所述粉末批料以形成压制品，
(iv)在1100℃至1500℃条件下烧结所述压制品，
(v)在氧源存在条件下氧化烧结的部件，
(vi)从表面移除氧化层。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在(ii)压制
所述粉末批料以形成压制品与(iv)在1100℃至1500℃条件下烧结
所述压制品之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·奥沙利文，洛伦茨·西格尔，马尔科·布兰德纳，安德列亚斯·韦斯库托尼斯，沃尔夫冈·克劳斯勒，
申请(专利权)人：攀时奥地利公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT