[發(fā)明專利]一種提高合金中固溶氧含量的方法

有效

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• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111041381B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設計）人: 毛小東;趙彥云;宋亮亮;劉少軍;黃群英
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C22C38/22
• 分類號: C22C38/22;C22C38/24;C22C38/26;C22C38/04;C22C38/02;C22C33/04;C22C19/05;C22C32/00;C22C1/10;C22C1/02
• 代理公司: 合肥興東知識產權代理有限公司 34148
• 代理人: 李靜

本發(fā)明提供了一種提高合金中固溶氧含量的方法，包括如下步驟：(1)將合金主元素與10％～50％氧化物粉體機械合金化，制備氧過飽和合金粉；(2)將氧過飽和合金粉加入到合金液中，并利用攪拌實現(xiàn)合金粉在合金液中的均勻分散；其中，氧過飽和合金粉的密度為合金液密度的90％～120％，氧過飽和合金粉的氧含量為3％～10％wt，并且，氧過飽和合金粉的熔點高于合金液溫度30?50℃。本發(fā)明的優(yōu)點在于：避免了傳統(tǒng)“熔煉法”中直接在合金中充入氧氣帶來的空洞和夾雜物問題，在保障合金強度和韌性的前提下，大幅度提高了合金中的固溶氧含量，為熔煉法制備氧化物強化合金奠定了基礎；并且，該方法工藝簡單、效率高，適合工業(yè)生產。

技術領域

本發(fā)明涉及合金材料制備領域，尤其涉及一種提高合金中固溶氧含量的方法。

背景技術

彌散強化是材料強化方式之一。與細晶強化、固溶強化、沉淀強化等強化方式相比，彌散強化突破了材料再結晶的限制，在接近熔點下依然具有強化作用。氧化物彌散強化材料是彌散強化材料中最重要的一種，它是在金屬基體中引入穩(wěn)定、均勻、細小的第二相氧化物，釘扎位錯運動從而提高材料的強度；同時，由于氧化物具有較高的高溫熱穩(wěn)定性，可以阻礙材料在較高溫度下發(fā)生晶界滑移，從而可以有效提高材料的抗蠕變性能；輻照條件下，納米氧化物作為氦泡的形核位點，在很大程度上解決了高能中子輻照下的氦脆和腫脹問題。因此，氧化物強化是一種比較理想的提高材料性能的手段。近年來，彌散強化高性能鎳基、鐵基、鋁基等材料的研究也越來越受到關注。

目前，制備氧化物彌散強化合金的方法主要有“機械合金化法”。但是，“機械合金化法”耗時耗能，且在球磨過程中容易引入雜質，不易于大批量制備，難以實現(xiàn)工程應用。因此，“熔煉法”開始成為實現(xiàn)氧化物彌散合金大規(guī)模制備的有效途徑。

為了在合金中獲得高數(shù)密度的氧化物，一般要求鋼中的固溶氧含量達到1000ppm。然而，在傳統(tǒng)的“熔煉法”制備氧化物彌散強化合金的工藝過程中，雖然熔融的合金液中氧含量可以達到2000ppm，但凝固后的合金中氧濃度卻不超過30ppm，在凝固的過程中，過高的溶解氧會變成氣體逸出，或者與鋼液中的元素結合形成夾雜物，從而顯著降低合金的性能。因此，為了實現(xiàn)氧化物彌散強化合金的熔煉高效制備，需要得到一種能夠有效提高合金中固溶氧含量的方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種提高合金中固溶氧含量的方法，該方法避免了傳統(tǒng)“熔煉法”中直接在合金中充入氧氣帶來的空洞和夾雜物問題，在保障合金強度和韌性的前提下，大幅度提高了合金中的固溶氧含量，并且，工藝簡單、效率高，適合工業(yè)生產。

本發(fā)明采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種提高合金中固溶氧含量的方法，包括如下步驟：

(1)將合金主元素與10％～50％氧化物粉體機械合金化，制備氧過飽和合金粉；

(2)將步驟(1)制備得到的氧過飽和合金粉加入到合金液中，并利用攪拌實現(xiàn)合金粉在合金液中的均勻分散；

其中，所述氧過飽和合金粉的密度為合金液密度的90％～120％，氧過飽和合金粉的氧含量為3％～10％wt，并且，氧過飽和合金粉的熔點高于合金液溫度30-50℃。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(1)中，在氬氣或氮氣的氣氛保護下，將合金主元素和10％～50％氧化物粉體加入到球磨機中進行機械合金化，實現(xiàn)氧元素在基體中的固溶，以得到氧過飽和合金粉。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟(1)中，氧化物合粉體具體為Y₂O₃、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Gd₂O₃、NiO、ZrO₂中的一種。