[發明專利]一種氣體霧化制備合金粉末的方法及裝置

有效

• 申請號: 202110380713.5
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN115194166B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發明（設計）人: 黃贊軍;秦巍;車洪艷;王鐵軍;張立冬
• 申請（專利權）人: 安泰科技股份有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;C22C38/06;C22C38/28;C22C38/22;C22C38/04;C22C38/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廉世坤

本發明公開了一種氣霧化制粉裝置，其包括：熔煉室、霧化筒、收集罐和真空系統，所述真空系統分別與所述熔煉室和所述霧化筒連接，所述熔煉室設在所述霧化筒上方，所述收集罐設在所述霧化筒下方，所述霧化筒包括霧化口和通氧口，所述霧化口設在所述霧化筒與所述熔煉室的連通處，所述通氧口設置在所述霧化口的下方。通過此裝置制得的氧化物彌散強化鐵鉻鋁合金前體粉末，熱等靜壓致密化后得到的合金具備優異的性能。

技術領域

本發明屬于氧化物彌散強化合金的制備技術，具體涉及一種氣體霧化制備合金粉末的裝置，進一步地，還涉及一種氣體霧化制備合金粉末的方法，特別地，還涉及一種氧化物彌散強化鐵鉻鋁合金前體粉末。

背景技術

目前鐵鉻鋁合金通常采用鑄造加變形加工工藝制作，在加熱元件，耐熱部件等方面有廣泛應用。鑄造加變形加工工藝制備的鐵鉻鋁合金成本低廉，但在高溫下易氧化、高溫強度低。而經過氧化物彌散強化的鐵鉻鋁合金(ODS合金)，其高溫強度、抗氧化和耐蝕能力均有顯著提升。對這種氧化物彌散強化鐵鉻鋁合金進行分析，由于鐵鉻鋁合金粉末自身所攜帶的氧化物納米顆粒擁有硬度高，熱穩定性好等特性，并且均勻彌散分布在晶粒的邊界甚至內部，在高溫下起到了阻礙位錯和境界的運動，削弱了晶粒長大的作用，從而提高了鐵鉻鋁合金的高溫強度、抗氧化和耐蝕能力。目前制備ODS合金的方法主要有：機械合金化、內氧化法、常規粉末混合法等。

機械合金化是將氧化物粉末和金屬粉末在球磨機或研磨機中研磨，將研磨后得到的混合粉末通過熱靜壓等方式制成ODS合金。但機械合金化的工藝過程復雜，耗時長，效率比較低，同時材料的一致性、穩定性也比較難以把控，大批量制備很困難。

內氧化法是另外一種制備ODS合金的方法，具體方法以Cu-Al體系為例，由于鋁相對比較活潑，Cu-Al塊體材料在適當控制的氣氛下發生選擇性氧化，生成氧化鋁顆粒，并彌散分布在銅的基體上，起到彌散強化的作用。但是這種方法對于材料體系有較強的局限性，難以推廣到較多的材料體系中。

常規粉末混合法是將氧化物顆粒和材料粉末混合均勻，然后采用壓制和燒結的方法制備氧化物彌散強化合金。在理想的狀態中，氧化物顆粒均勻分布，存在于晶界和晶粒內部，并且對于晶界的連續性不造成太大的破壞，而晶粒內部的顆粒能與晶格存在比如半共格等位相關系，進而起到彌散強化的作用。但是實際中，這種方法的缺點是氧化物顆粒均勻性存在問題，而且添加的氧化物顆粒難以進入材料晶粒的內部，大部分分布在合金粉末的外緣，進而引起氧化物的團聚偏析，造成晶界的弱化，難以達到很好的性能匹配狀態。即使直接采用納米尺寸的氧化物顆粒和材料粉末進行混合，均勻性依然存在很大的問題，氧化物團聚偏析等問題難以有效克服。CN101956119公開了一種低溫燃燒合成法制備彌散強化金屬用預合金粉末的方法，但是該方法難以實現大規模工業生產，并且穩定性不高。

粉末冶金法是目前制備氧化物彌散強化合金的主要方法，其重點在于獲得化學成分均勻的合金粉末，并且同時在粉末中引入合適含量的氧，為后續納米氧化物的生成和彌散分布提供基礎。真空氣霧化制粉技術是目前最常見的合金粉末制備方法，具備工業化規模生產的能力，但通過真空氣霧化制粉技術制得的合金粉末的氧含量不夠高，因此，開發新型粉末冶金法，改進粉末冶金法的工藝，進一步提升合金粉末的氧含量，制備出性能更好的氧化物彌散強化合金，是迫切需要解決的問題。

發明內容

本發明是基于發明人對以下事實和問題的發現和認識做出的：目前通過真空氣霧化制粉技術制得的合金粉末的氧含量較低，主要因為在冶煉過程中的溫度較高，合金中的Al等元素在高溫下與氧反應，生成氧化物，并在冶煉過程中被脫去，起到了脫氧的作用。在隨后的霧化過程中，合金粉末表面僅會生成少量的氧化物，由于氧化物的數量不足，且合金粉末在熱等靜壓致密化后容易發生氧化物的聚集，導致彌散效果不佳，因而得到的氧化物彌散強化合金性能不佳。

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。