一种用于新能源汽车薄膜加热元件的Ni基非晶合金及其制备方法与流程

本发明涉及非晶合金材料及薄膜加热元件，具体为一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金及其制备方法。

背景技术：

1、随着我国新能源汽车产业的快速发展，纯电动汽车由于没有发动机，无法利用发动机余热作为暖风空调的热源，同时在低温环境下需要对电池包进行加热以保证充放电性能，因此普遍采用高压液体加热器为车内空调系统和电池热管理系统提供热源。高压液体加热器的核心部件是加热元件，目前主要分为ptc（正温度系数）型和薄膜型两大类。

2、ptc型加热器技术较为成熟，但也存在明显不足：ptc元件具有温度越高电阻越大的特性，功率难以达到较高水平，无法满足大功率加热需求；ptc元件结构复杂、体积较大，传热效率相对较低；ptc元件温度控制只能通过通断电路实现，且同一产品中多个ptc元件的温度特性难以完全一致，加热功率控制精度较差；ptc元件在温度达到居里点后电阻开始下降，存在热失控风险。此外，目前新能源汽车电压平台已从400v向800v乃至更高电压平台发展，ptc加热器在高压平台下的适用性尚未得到充分验证。

3、薄膜型加热元件相比ptc型具有功率密度高、体积小、使用寿命长（可达9000小时以上，ptc型约6000小时）、电热转换效率高等优势，是新能源汽车加热器的发展方向。目前，薄膜型加热元件的核心加热层多采用ni-cr合金，通过磁控溅射或蒸发沉积等方法在陶瓷基板上制备，厚度约为20-30 μm。

4、然而，ni-cr合金为晶态材料，微观组织中存在晶界、位错等缺陷。在薄膜厚度仅为数十微米的条件下，这些缺陷导致薄膜面电阻分布不均匀，通电加热过程中易产生局部过热，严重时可致元件烧毁。同时，晶态ni-cr合金层在长期热循环服役过程中，晶粒长大和相变会进一步劣化其电热性能的稳定性，导致电阻漂移。此外，现有ni-cr合金薄膜厚度均匀性的检测只能通过破坏性的截面金相法实现，无法进行在线无损检测，制约了生产效率和良品率的提升。

5、因此，需要开发兼具高非晶形成能力、高热稳定性、合适电阻率及良好耐蚀性能的新型加热层材料，以替代传统ni-cr合金，满足新能源汽车薄膜加热元件对可靠性、长寿命和大功率的要求。

6、鉴于此，我们提出一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金及其制备方法，以解决上述背景技术中所存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金，由以下质量百分比的成分组成：ni68.0-73.0%，cr11.0-13.5%，mo5.0-6.5%，nb3.0-4.5%，si3.8-5.0%，b2.2-3.2%，c0.15-0.35%。

4、优选的，由以下质量百分比的成分组成：ni69.7%，cr12.5%，mo6%，nb4%，si4.5%，b3%，c0.3%。

5、优选的，所述ni基非晶合金的玻璃化温度及晶化温度均不低于450℃。

6、优选的，所述ni基非晶合金在室温下的电阻率为1.8-2.2μω·m。

7、优选的，所述ni基非晶合金的非晶相含量不低于90%。

8、一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金的制备方法，所述方法包括：

9、s1、按成分配比称取ni粉、cr粉、mo粉、nb粉、si粉、b粉和b4c粉作为原料，按照各原料熔点由高到低、蒸气压由低到高的顺序依次加入真空感应熔炼炉的坩埚中；

10、s2、将步骤s1装料后的熔炼炉抽真空至10-3pa以下，然后充入高纯惰性气体至0.4-0.6atm，加热使全部原料熔化，在熔融状态下电磁搅拌5-10分钟，随后将合金液浇注至水冷铜模中，冷却后得到合金母锭；

11、s3、将步骤s2得到的合金母锭破碎，采用惰性气体雾化法制备合金粉末，所述雾化介质为高纯惰性气体，雾化压力为3-5mpa；对雾化后得到的合金粉末进行筛分，收集目标粒径的粉末。

12、优选的，在步骤s3中，所述目标粒径的粉末为15-53μm。

13、一种ni基非晶合金在制备新能源汽车薄膜加热元件中的应用，将所述ni基非晶合金作为加热功能层材料，沉积在基板表面形成加热层。

14、优选的，所述沉积方法为热喷涂法、物理气相沉积法或电镀法中的至少一种；优选地，所述热喷涂法为大气等离子喷涂。

15、优选的，当采用大气等离子喷涂时，工艺参数为：等离子电流450-550a，等离子电压55-70v，主气为流量40-55 l/min的氩气，辅气为流量8-15l/min的氢气，喷涂距离100-140mm，送粉速率8-15g/min，喷枪移动速度250-350mm/s，基板预热温度100-150℃；所述加热层的厚度为15-50μm。

16、借由上述技术方案，本发明提供了一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金及其制备方法。至少具备以下有益效果：

17、本发明通过在ni基体中添加cr、mo、nb、si、b、c等元素，其中，大原子nb、mo与小原子b、c、si之间的原子尺寸差以及组元间负混合焓，增大了合金体系的过冷液体稳定性，抑制了晶态相的形核与长大，使合金在气体雾化等工业可行的冷却速率下获得完全非晶结构。cr、mo的加入提高了合金的耐腐蚀性能；

18、本发明ni基非晶合金的玻璃化温度和晶化温度均不低于450℃，高于薄膜加热元件的正常工作温度（通常不高于250℃），在长期热循环服役过程中不发生晶化，电热性能保持稳定；

19、本发明ni基非晶合金室温电阻率为1.8-2.2μω·m，处于薄膜加热元件所需的电阻率范围。非晶结构中无晶界和位错等缺陷，电流传导均匀，避免了晶态ni-cr合金因晶界散射和缺陷引起的电阻不均匀及局部过热问题；

20、本发明ni基非晶合金含有11.0-13.5%的cr和5.0-6.5%的mo，在3.5 wt%nacl溶液中的自腐蚀电流密度不高于1.0×10-6a/cm2，满足在新能源汽车冷却液（乙二醇-水混合液）中长期稳定工作的耐蚀要求；

21、本发明ni基非晶合金可采用磁控溅射、电弧离子镀或等离子喷涂等多种工艺制备薄膜加热层。等离子喷涂工艺成熟、成本较低，且等离子焰流温度高（可达10000 k以上），冷却速率快（105-107k/s），有利于非晶相的形成和保留，与现有ni-cr合金薄膜制备工艺兼容，便于在现有生产线上实现材料替代。

1.一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：ni68.0-73.0%，cr11.0-13.5%，mo5.0-6.5%，nb3.0-4.5%，si3.8-5.0%，b2.2-3.2%，c0.15-0.35%。

2.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金，其特征在于，所述ni基非晶合金由以下质量百分比的成分组成：ni69.7%，cr12.5%，mo6%，nb4%，si4.5%，b3%，c0.3%。

3.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金，其特征在于，所述ni基非晶合金的玻璃化温度及晶化温度均不低于450℃。

4.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金，其特征在于，所述ni基非晶合金在室温下的电阻率为1.8-2.2μω·m。

5.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金，其特征在于，所述ni基非晶合金的非晶相含量不低于90%。

6.一种如权利要求1-5任一项所述用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的一种用于新能源汽车薄膜加热元件的ni基非晶合金及其制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述目标粒径的粉末为15-53μm。

8.一种如权利要求1-5中任一项所述ni基非晶合金在制备新能源汽车薄膜加热元件中的应用，其特征在于，将所述ni基非晶合金作为加热功能层材料，沉积在基板表面形成加热层。

9.根据权利要求8所述的ni基非晶合金在制备新能源汽车薄膜加热元件中的应用，其特征在于，所述沉积方法为热喷涂法、物理气相沉积法或电镀法中的至少一种；优选地，所述热喷涂法为大气等离子喷涂。

10.根据权利要求8所述的ni基非晶合金在制备新能源汽车薄膜加热元件中的应用，其特征在于，当采用大气等离子喷涂时，工艺参数为：等离子电流450-550a，等离子电压55-70v，主气为流量40-55 l/min的氩气，辅气为流量8-15l/min的氢气，喷涂距离100-140mm，送粉速率8-15g/min，喷枪移动速度250-350mm/s，基板预热温度100-150℃；所述加热层的厚度为15-50μm。