[發明專利]一種非晶包覆Y2

有效

• 申請號: 202110012098.2
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112831733B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 王英敏;魏明玉;羌建兵;楊兵
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C22C45/00
• 分類號: C22C45/00;C22C45/02;C22C45/04;C22C32/00;C22C1/05;C22C33/02;C22C1/10;B22D11/06;B22F9/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種非晶包覆Y₂O₃復合材料及其粉體制備方法，其化學組成為(Y_100?aM_a)_100?bO_b，包括Y、M和O元素，M為Fe、Co、Ni或Cu元素，原子百分比為：25≤a≤80，1≤b≤50。以Y、M、M的氧化物為原料，在低真空下通過非自耗電弧熔煉方法并結合快淬甩帶與機械球磨技術，獲得0.5?30μm大小的合金粉末，組織為Y?M非晶基體上彌散分布大小均一的Y₂O₃粒子，其大小與體積分數通過快淬工藝參數調節。本發明提供的非晶包覆氧化物顆粒材料能有效降低和消除納米氧化物顆粒團聚效應，提升納米氧化物在后續ODS合金燒結體中的分散效果；與晶態包覆層材料相比，非晶包覆層在燒結過程中具有更好的流動性與浸潤性，可顯著改善基體/氧化物顆粒間的界面相融性與結合力，并使合金燒結體的致密度進一步提高。

技術領域

本發明屬于粉末制備工程技術領域，涉及一種非晶包覆Y₂O₃復合材料及其粉體制備方法。

背景技術

在航空航天、汽車工程和核工業等領域，氧化物彌散強化(ODS)合金具有廣泛的應用前景。ODS合金一般具有獨特的顯微組織，即微米超細晶粒組織上彌散分布著數目密度達10²³m^-3的納米氧化物粒子或團簇。這些具有高穩定性的彌散相能釘扎位錯、晶界，并能有效阻止晶粒長大，因而顯著提升相關材料的服役溫度與高溫性能。

Y₂O₃的熔點高(2457℃)，化學結構穩定性好，是ODS合金常用的一類氧化物增強相。研究表明：當添加量一定時，Y₂O₃顆粒的大小與分布將直接影響ODS合金的組織與性能。一般的，Y₂O₃顆粒尺寸需小于50nm時才可以具有良好的強化效果。在已知的納米尺度Y₂O₃顆粒合成工藝中，沉淀法最為成熟且常用。它先將氧化釔用鹽酸或硝酸溶解(需嚴格控制溶液PH值)，并加入適量的聚乙二醇、十二烷基苯磺酸鈉等表面活性劑，隨后緩慢加入碳酸銨或草酸鈉等沉淀劑，得到碳酸釔或草酸釔沉淀物，將其過濾、烘干后置于馬弗爐中進行煅燒來制取氧化釔粉體。由此可見，沉淀法制備納米Y₂O₃粉體的工藝流程相對復雜，工藝參數多，影響因素雜，且粉體質量可控性差。同時不可避免存在顆粒表面雜質污染，以及納米粉體團聚等問題。此外，沉淀物煅燒溫度的調控也很關鍵，溫度過高將導致Y₂O₃顆粒粗大，過低又會出現離子雜質去除困難。

機械合金化法(MA)是制備ODS合金最常見方法。它先將基體金屬與Y₂O₃粉末進行混合球磨，然后結合熱等靜壓、放電等離子體燒結等技術對其進行致密化成形。其中，球磨處理時納米氧化物顆粒易發生團聚，且添加量越高團聚越嚴重。燒結體晶界處的氧化物團聚，以及伴生的夾雜、缺陷等會嚴重損害合金燒結體的強度與塑性。因此，研究人員企圖通過對Y₂O₃顆粒的包覆處理，以減輕或避免其粉體顆粒的團聚問題，進而改善氧化物顆粒在基體中的分散效果。例如熊惟皓等人采用化學鍍Ni法獲得了Ni包覆的Y₂O₃粉末，但為保證Ni/Y₂O₃界面結合力，鍍Ni前需對納米Y₂O₃粉末進行粗化、敏化、活化等表面改性，該處理過程會引起Y₂O₃納米粉體團聚，該方法難以獲得高質量的Ni包覆納米Y₂O₃粒子。馬宗青等人利用水熱法反應獲得W包覆的Y₂O₃納米粉末，與其它沉淀法制備Y₂O₃納米粉體類似，該方法工藝流程較復雜，控制參數多、再現性差，且更易將溶液中的雜質元素引入顆粒，這些都將影響后續的合金粉體燒結效果。

發明內容