[發(fā)明專利]一種原位合成納米氧化物顆粒彌散強化合金的方法

有效

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• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109175391B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設計）人: 邱春雷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F9/10;B22F9/14;B22F1/00;B22F3/105;B33Y70/10;B33Y10/00;B33Y80/00;C22C38/08;C22C33/02
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本發(fā)明公開了一種原位合成納米氧化物顆粒彌散強化合金的方法，包括如下步驟：(1)合金設計，使合金中含有可以形成氧化物的元素；(2)合金粉末制備，在合金粉末制備過程中，增加合金粉末中的氧含量；(3)利用金屬增材制造技術，使合金在局域化凝固過程中，氧化物形成元素和氧元素結合形成彌散分布的納米氧化物顆粒，得到納米氧化物顆粒彌散強化合金。本方法可以減少制備納米氧化物彌散強化合金的工序和周期，實現納米氧化物顆粒原位析出且均勻分布在合金基體中，同時，可以原位制備出柱狀晶組織結構，保證在后續(xù)熱處理過程中不會有氣孔的形成。

技術領域

本申請涉及金屬增材制造技術領域，具體地，涉及一種全新的原位高效合成納米氧化物顆粒彌散強化合金的方法，為開發(fā)和制備高強高塑性的納米氧化物顆粒彌散強化合金開辟了一條新途徑。

背景技術

納米氧化物顆粒彌散強化合金因其優(yōu)異的高溫力學性能，往往被用于航空、航天、能源等重大裝備的高溫極端工作部位。目前制備納米氧化物彌散強化合金的主要方法是通過將母合金粉末與納米氧化物顆?；旌显谝黄穑缓罄脵C械合金化方法將納米氧化物顆粒彌散分布到母合金粉末顆粒中去，最后通過粉末冶金致密化方法(如熱壓、熱擠壓或熱等靜壓等燒結法)來制備出塊體納米氧化物彌散強化合金。此類方法的主要缺點在于制備周期較長，需要長時間機械球磨以使添加的納米氧化物顆粒能均勻分散開。

此外，為了防止機械合金化過程中母合金粉末的氧化，通常需要在氬氣或氮氣等保護性氣氛中進行球磨。然而長時間的球磨使這些粉末能夠捕獲大量的氣體分子，這些氣體分子在壓制成形后的熱處理過程中容易重新聚集形成孔洞，嚴重影響材料的力學性能。另外，為了提高氧化物彌散合金的高溫力學性能(如蠕變性能)，機械合金化后的粉末往往需要通過熱擠壓后再利用區(qū)域退火的方法以形成定向再結晶的具有大長徑比的柱狀晶。該過程工序多效率低，且由于氧化物顆粒的存在，晶粒取向難以控制。

金屬增材制造技術如選區(qū)激光熔化，激光直接沉積和選區(qū)電子熔化是一種基于微小熔池冶金的疊層制造技術。利用激光或電子束高能量密度的特點，粉末材料被快速熔化形成微小熔池(幾百微米至幾個毫米直徑),熔池中所有原子以自由運動的形式存在。當激光/電子束移開的時候，熔池以極快的速率(10⁴～10⁶℃/s)凝固及冷卻形成固體。這些特點使熔池的凝固變得非常局域化,即熔池中的溶質原子會發(fā)生截留，溶質原子的再分配被抑制。這種局域化的凝固行為為原位合成納米氧化物彌散強化合金提供了可能。同時，增材制造過程中熔池與基板或已凝固的固體之間存在巨大的溫度梯度，使金屬材料在增材制造過程中容易形成柱狀晶及織構，有助于高溫力學性能如蠕變性能。

發(fā)明內容

為了解決上述已有技術存在的不足，本發(fā)明提出了通過合金設計使合金中含有氧化物形成元素，同時在氣體霧化制備合金粉末過程中或在可控氣氛中開展熱處理來控制合金粉末的氧含量。隨后利用含有一定量氧的合金粉末和增材制造技術如選區(qū)激光熔化、激光直接沉積或選區(qū)電子束熔化來原位合成納米氧化物彌散強化合金。本方法減少了制備納米氧化物彌散強化合金的工序和周期，實現了納米氧化物顆粒原位析出且均勻分布在合金基體中，同時能夠原位制備出柱狀晶組織結構，保證在后續(xù)熱處理過程中不會有氣孔的形成。最后通過本發(fā)明可以促進新型納米氧化物彌散強化合金的開發(fā)。

根據本發(fā)明的一方面，提供了一種原位合成納米氧化物顆粒彌散強化合金的方法，包括如下步驟：

(1)合金設計，使合金中含有可以形成氧化物的元素；

(2)合金粉末制備，在合金粉末的制備過程中，增加合金粉末的氧含量；

(3)利用金屬增材制造技術，使合金在局域化凝固過程中，氧化物形成元素和氧元素結合形成彌散分布的納米氧化物顆粒，得到納米氧化物顆粒彌散強化合金。