一种发热丝材料及其制备方法技术领域
本发明属于电热元件领域，具体涉及一种发热丝材料及其制备方法。
背景技术
发热丝/电热丝加热器是电加热器中最早出现的最普遍的加热器，如实验室中使用的电炉，电烘箱，恒温培养箱，电热套等。民用方面的如面包烘烤炉，电吹风，电烙铁等。这一类电加热器具有结构简单，发热原理简单，温度控制方便的特点。使用中最易出现的故障是电热丝断裂而损坏。一般认为，电热元件中的电热丝长时间处于高温状态下，表面会发生不同程度的氧化，外径逐渐变细，最后因功率变小或截面断裂而报废。
中国专利CN201410289138.8公开了一种电子烟及其发热丝。所述发热丝的材料以质量百分比计，包括以下组分：46％~78％的镍，0.005％~0.4％的铈以及铁。但是该发明产品在连续高温的条件下容易断裂，不适合作为打火机的发热丝使用。
中国专利CN201210366023.5公开了一种自动绕制成型的发热丝的制作方法，它主要用于热保护器中发热丝的绕制和成型。该发明的发热丝成品的制作方法按以下步骤进行：先在电器控制部分的触摸屏上设定绕制参数，在机械执行部分内安装所需的芯棒，并在机械执行部分的发热丝输送架上安装发热丝原材料；再进行绕制前的相关调节，再将发热丝原材料输送至发热丝绕制区绕制形成绕制品，再对绕制品进行切断打弯，还要通过机械手将绕制品取出，然后将该绕制品输送到绕制品通电成型区，最终制作成发热丝成品。但是该发明产品的使用寿命短，不适合作为打火机的发热丝使用。
如何选择优良的材料，制造一种使用寿命长的打火机发热丝材料，是当前一个急需解决的问题。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种发热丝材料及其制备方法，综合考虑各成分的成本，优化各成分之间的比例，找到性价比最高的材料组方，科学制备，能够有效地解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：
一种发热丝材料，用于打火机发热丝，发热丝材料的直径为0.08mm~0.12mm；发热丝材料在0℃~100℃的平均电阻温度系数为4000×10-6/℃~4500×10-6/℃，发热丝材料的电阻率为0.6μΩ·m~0.8μΩ·m；发热丝材料的重量百分比组成包括C：0.10%~0.20%，Mn：0.40%~0.70%，P：0.03%~0.04%，S：0.03%~0.04%，Re：0.4%~0.6%，Mg：0.4%~0.6%，Sn：0.3%~0.4%，Si：0.5%~1.0%，Cr：4.0%~6.5%，Mo：0.45%~0.65%，Be：3.0%~4.0%，Zr：0.30%~0.40%，Ti：0.30%~0.40%，RE：0.20%~0.60%，其余为Fe；发热丝材料的累计使用寿命为9000h~10000h。C、Mn、P、S、Re、Mg、Sn、Si、Cr、Mo、Be、Zr的组合，使得制备的材料具有良好的导热性能和使用寿命，材料的硬度和耐磨性能也得到最大优化，同时Ti、RE的加入使得各材料间的物理性能得到最好的调和。
进一步的，RE包括，Eu：0.10%~0.30%，Tb：0.10%~0.30%。
进一步的，发热丝材料的重量百分比组成包括C：0.20%，Mn：0.40%，P：0.03%，S：0.04%，Re：0.6%，Mg：0.4%，Sn：0.3%，Si：0.75%，Cr：6.5%，Mo：0.60%，Be：3.0%，Zr：0.40%，Ti：0.35%，Eu：0.20%，Tb：0.10%，其余为Fe。此条件下性价比最高。
本发明的另一个目的，在于提供采用如上所述的合金制作而成发热丝材料的制备方法，制作步骤如下：
（1）将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、RE，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为930℃~950℃条件下熔融。
（2）在真空条件的条件下加入C、P、S、Be、Si，并保温20min~50min，搅拌均匀，在真空条件下拉丝成型。
（3）在惰性气体加压条件下冷却至720℃，保温20min~50min，再降温至室温，得到发热丝材料成品。
材料原料在高温真空条件下冶炼，在惰性气体加压条件下保温处理后再将至室温，消除了材料应力的影响，能够进一步地增加材料的韧性和高温条件下的使用寿命，高温条件下不变形，也不易熔断。
进一步地，步骤S01中，所述烧结的温度为940℃~950℃时，RE的组成为Eu。
进一步地，步骤S01中，烧结的温度为950℃~960℃时，RE的组成为Eu和Tb。
进一步地，步骤S02中，将C、P、S同时加入搅拌均匀后，再同时加入Be、Si，再次搅拌均匀。
进一步地，步骤S03中，熔融金属在惰性气体加压条件下降温的速率为40℃/min~50℃/min。
进一步地，步骤S03中，惰性气体为氦气，或氪气。
进一步地，步骤S03中，加压的条件为40Mpa~50Mpa。
本发明的优点是：
1.本发明材料的配比科学，制备的发热丝使用寿命长、高温条件下不易变形；
2.本发明制备方法进一步提高了材料的性能，极大地提高了材料的使用寿命；
3.本发明发热丝截面面积小，加热效率高，节能、环保、安全。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，用来对本发明作进一步详细说明。
实施例1
原料重量百分比组分：
C：0.20%，Mn：0.40%，P：0.03%，S：0.04%，Re：0.6%，Mg：0.4%，Sn：0.3%，Si：0.75%，Cr：6.5%，Mo：0.60%，Be：3.0%，Zr：0.40%，Ti：0.35%，Eu：0.20%，Tb：0.10%，其余为Fe。
通过如下方法制备：
（1）将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Eu、Tb，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为955℃条件下熔融。
（2）在真空条件下将C、P、S同时加入搅拌均匀后，再同时加入Be、Si，再次搅拌均匀，并保温26min，搅拌均匀，在真空条件下拉丝成型。
（3）在氦气加压47Mpa条件下，以44℃/min的降温速率冷却至720℃，保温26min，再以44℃/min的降温速率降至室温，得到发热丝材料成品。此条件下制备的发热丝材料的直径为0.08mm，发热丝材料在0℃~100℃的平均电阻温度系数为4000×10-6/℃，发热丝材料的电阻率为0.6μΩ·m，发热丝材料的累计使用寿命为10000h。
实施例2
原料重量百分比组分：
C：0.10%，Mn：0.40%，P：0.03%，S：0.03%，Re：0.40%，Mg：0.40%，Sn：0.30%，Si：0.50%，Cr：4.0%，Mo：0.45%，Be：3.0%，Zr：0.30%，Ti：0.30%，Eu：0.20%，其余为Fe。
通过如下方法制备：
（1）将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Eu，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为930℃条件下熔融。
（2）在真空条件下将C、P、S同时加入搅拌均匀后，再同时加入Be、Si，再次搅拌均匀，并保温20min，搅拌均匀，在真空条件下拉丝成型。
（3）在氦气加压40Mpa条件下，以40℃/min的降温速率冷却至720℃，保温20min，再以40℃/min的降温速率降至室温，得到发热丝材料成品。此条件下制备的发热丝材料的直径为0.09mm；发热丝材料在0℃~100℃的平均电阻温度系数为4100×10-6/℃，发热丝材料的电阻率为0.7μΩ·m，发热丝材料的累计使用寿命为9000h。
实施例3
原料重量百分比组分：
C：0.20%，Mn：0.70%，P：0.04%，S：0.04%，Re：0.60%，Mg：0.60%，Sn：0.40%，Si：1.0%，Cr：6.5%，Mo：0.65%，Be：4.0%，Zr：0.40%，Ti：0.40%，Eu：0.30%，Tb：0.30%，其余为Fe。
通过如下方法制备：
（1）将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Tb、Eu，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为960℃条件下熔融。
（2）在真空条件下将C、P、S同时加入搅拌均匀后，再同时加入Be、Si，再次搅拌均匀，并保温50min，在真空条件下拉丝成型。
（3）在氪气加压40Mpa条件下，以50℃/min的降温速率冷却至720℃，保温50min，再以50℃/min的降温速率降至室温，得到发热丝材料成品。此条件下制备的发热丝材料的直径为0.10mm；发热丝材料在0℃~100℃的平均电阻温度系数为4200×10-6/℃，发热丝材料的电阻率为0.8μΩ·m，发热丝材料的累计使用寿命为9500h。
实施例4
原料重量百分比组分：
C：0.15%，Mn：0.55%，P：0.035%，S：0.035%，Re：0.50%，Mg：0.50%，Sn：0.35%，Si：0.75%，Cr：5.3%，Mo：0.55%，Be：3.5%，Zr：0.35%，Ti：0.35%，Eu：0.20%，Tb：0.20%，其余为Fe。
通过如下方法制备：
（1）将待熔炼的Fe、Mn、Re、Mg、Sn、Cr、Mo、Be、Zr、Ti、Tb、Eu，加入水冷铜坩埚的真空室内，抽真空，在烧结温度为950℃条件下熔融。
（2）在真空条件下将C、P、S同时加入搅拌均匀后，再同时加入Be、Si，再次搅拌均匀，并保温35min，搅拌均匀，在真空条件下拉丝成型。
（3）在氪气加压40Mpa条件下，以45℃/min的降温速率冷却至720℃，保温35min，再以45℃/min的降温速率降至室温，得到发热丝材料成品。此条件下制备的发热丝材料的直径为0.12mm，发热丝材料在0℃~100℃的平均电阻温度系数为4500×10-6/℃，发热丝材料的电阻率为0.68μΩ·m，发热丝材料的累计使用寿命为9800h。
实验例1
抗磨性对比试验：
本发明实施例1~4发热丝材料与普通发热丝材料作材料的抗腐蚀试验，并比较其使用寿命和最低熔断温度，具体性能结果见表1。
表1抗磨性及硬度对比试验结果
由上述试验例可见，本发明发热丝材料的抗腐蚀倍率、硬度、使用寿命、最低熔断温度在同等情况下比普通发热丝材料高，更加适合用于打火机的发热丝材料使用。
以上仅为本发明的优选实施例及实验例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。