[發明專利]一種近終成形多孔鎳基ODS合金的方法

有效

• 申請號: 201310006565.6
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103060591A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 章林;曲選輝;秦明禮;劉燁;何新波
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C19/05
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

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技術領域

本發明屬于多孔高溫合金制備技術領域，特別提供了一種以機械合金化粉末為原料，采用選擇性激光燒結技術近終成形孔徑可控多孔鎳基（Oxide?Dispersion?Strengthening,?ODS）ODS合金的方法。

背景技術

多孔鎳基ODS合金具有孔徑可控、孔隙率高、比表面積大、高溫力學性能優異、抗氧化和耐腐蝕良好的優點，在各種催化劑載體、過濾器和熱交換器等領域具有廣闊的應用前景。納米復合氧化物彌散相強化是賦予多孔鎳基ODS合金優異高溫力學性能的有效措施。多孔鎳基ODS合金制備的關鍵技術是對孔隙結構進行控制。目前，多孔金屬材料的制備方法主要有熔融金屬發泡法、粉末燒結發泡法、松散粉末燒結法和中空球燒結法等。熔體發泡法是一種經濟的多孔金屬的制備技術，主要用于制備多孔鋁合金。由于Ni基ODS合金的熔點和合金化元素的活性高，熔體發泡法較難制備多孔鎳基ODS合金，存在發泡劑分解速率快、孔徑分布不均勻和孔隙結構難以控制等問題。粉末燒結發泡法、松散粉末燒結法和中空球燒結法工藝較復雜，難以制備復雜形狀多孔零件。

選擇性激光燒結（Selective?Laser?Sintering，SLS）技術為高性能多孔鎳基ODS合金的制備提供了新的思路。SLS技術具有生產周期短、成本較低的優點，并且合金成分范圍寬、成形靈活、材料利用率高，可以直接快速成形復雜形狀零部件，能夠實現多孔鎳基ODS合金的近終成形。首先，在高純惰性氣氛中進行高能球磨，將Y₂O₃顆粒均勻分散在金屬基體中，得到機械合金化粉末。其次，通過逐層鋪粉、逐層燒結得到復雜形狀的多孔鎳基ODS合金坯體。然后經過后續脫脂和燒結得到多孔鎳基ODS合金零部件。可以根據實際需要對孔徑大小和孔隙分布狀態進行控制。孔隙結構通過調節鎳基ODS合金粉末的粒徑、粒徑分布和形貌來進行控制。對于要求單一孔徑和孔徑分布均勻的多孔坯體，需要對鎳基ODS合金粉末進行分級和球化處理，旨在獲得單一粒徑的球形ODS合金粉末。多孔體的強度可以通過鎳基合金的成分設計和二次燒結工藝參數的選擇來進行優化。SLS技術制備的多孔鎳基ODS合金適合在耐高溫、耐腐蝕和抗氧化的條件下進行使用，并且孔隙率、孔徑大小和孔隙形貌具有可設計性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種選擇性激光燒結近終成形多孔鎳基ODS合金的方法，旨在解決復雜形狀多孔鎳基ODS合金成形和孔隙結構控制困難的問題。多孔鎳基ODS合金的孔隙率和孔徑的可設計性強、高溫強度高、原料粉末利用率高，適合在耐高溫、耐腐蝕和抗氧化的條件下使用。

本發明首先采用機械合金化工藝獲得鎳基ODS合金粉末，并對鎳基ODS合金粉末進行分級和等離子球化。其次，在捏合機中制備聚合物包覆鎳基ODS合金粉末。接著，通過選擇性激光快速成形得到所需形狀的鎳基ODS合金坯體。鎳基ODS合金坯體經過熱脫脂去除大部分有機聚合物。最后，通過二次燒結得到最終的多孔鎳基ODS合金。制備工藝如圖1所示，具體工藝步驟有：

1、機械合金化粉末的制備：按照多孔鎳鉻基ODS合金、鎳鋁基ODS合金、MA754、MA6000或PM1000的成分配比稱量鎳粉、鉻粉、鋁粉、鈦粉、鎢粉、鉭粉、鉬粉、鐵粉、碳粉、Y₂O₃顆粒和氧化物細化元素鉿粉，并將各種粉末預混合均勻，得到混合粉末。混合粉末在高純Ar氣氛中于不同的工藝參數下進行高能球磨，其中球/料比為（10~20）/1，球磨機轉速為350~500轉/分，球磨時間為24~72小時，得到粒徑為25~150μm的鎳基ODS合金粉末。

所述的鎳鉻基ODS合金的成分為：(10~20wt.%)Cr-(0.3~3wt.%)Y₂O₃-(0.5~3wt.%)Hf-余量Ni；鎳鋁基ODS合金的成分為：(5~30wt.%)Al-(0.3~3wt.%)Y₂O₃-余量Ni；MA754的成分為：20wt.%Cr-0.3wt.%Al-0.5wt.%Ti-1%wt.%Fe-0.05wt.%Ti-(0.3~3wt.%)-Y₂O₃-余量Ni；MA6000的成分為：15wt.%Cr-2wt.%Mo-4wt.%W-2%wt.%Ta-4.5wt.%Ti-2.5