[發明專利]一種FeCrAl合金粉末及其制備方法

在審

• 申請號: 202110380715.4
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN115194167A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 秦巍;車洪艷;黃贊軍;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;B22F1/065;B22F1/16;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FeCrAl合金粉末的制備方法，其中，包括如下步驟：a、在真空環境下將合金原料熔煉至液態；b、使用氬氣和氧氣的混合氣作為霧化氣體，對步驟a中的液態合金進行霧化制粉，得到高含氧量FeCrAl合金粉末。本發明還公開了采用這種方法制備的一種FeCrAl合金粉末，其主要成分的質量百分比為：Cr：10～25％，Al：3～7％，Y：0.02～0.5％，Ti：0.05～0.2％，Zr：0.05～0.2％，Mn：0.05～1％，Si：0.05～1％，O：0.12％～0.25％，N：0.005％～0.1％，Mo：0～5％，W：0～5％，其余為Fe和雜質元素。這種FeCrAl合金粉末的制備方法可適性廣，操作簡單。制備所得的FeCrAl合金粉末的化學成分均勻，呈現為球形形貌，粒徑小，含氧量高且可控。采用這種高含氧量FeCrAl合金粉末經過熱等靜壓或熱擠壓等工藝制備出的氧化物彌散強化鐵鉻鋁合金，其各項性能均有較大提升。

技術領域

本發明屬于氧化物彌散強化合金前驅體粉末的制備技術，具體涉及一種FeCrAl合金粉末，特別地，還涉及一種FeCrAl合金粉末的制備方法。

背景技術

目前鐵鉻鋁合金通常采用熔煉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。熔煉加變形加工工藝制備的鐵鉻鋁合金成本低廉，但晶粒粗大，微觀元素偏析導致在高溫下易氧化、強度低、壽命短。而粉末冶金方法制備的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及內部，在高溫下起到了阻礙位錯和晶界的運動，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、抗氧化性、耐蝕性和使用壽命。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。但是目前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，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，導致采用這種合金粉末制得的氧化物彌散強化鐵鉻鋁合金高溫性能較差。因此，有必要改進真空氣霧化制粉技術，進一步提升合金粉末的氧含量，以制備性能優異的氧化物彌散強化鐵鉻鋁合金。