[發明專利]一種可用于ODS-W合金的氧化物-非晶復合粉體及其制備方法

有效

• 申請號: 202210631326.9
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN114985749B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 練友運;王英敏;羌建兵;封范;王建豹;劉翔;馮凱霖;魏明玉;陳旭洲;房燦峰
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院;大連理工大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;C22C45/00;B22F1/065;B22F1/12
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

一種可用于ODS?W合金的氧化物?非晶復合粉體及其制備方法，屬于粉末制備工程領域。該粉體材料的組織特征是非晶合金基體上彌散分布著不同數目密度的納米尺度球狀氧化物粒子，氧化物?非晶復合粉體的化學組成為G+(3～40wt％)Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;，其中G＝Ysubgt;a/subgt;Xsubgt;100?a/subgt;，Y是稀土金屬釔，X是Fe、Co或Ni。本發明首先需通過感應熔煉，得到納米氧化物顆粒均勻分布其中的合金熔體，通過熔體霧化技術獲取不同粒徑的氧化物?非晶復合粉體材料。本發明成功實施氧化物?非晶復合粉體的公斤級制造，實現規模化制備；通過調控非晶基體與納米氧化物的含量配比，可獲得不同氧化物含量的粉體材料，成功制備超高氧化物含量的氧化物?非晶復合粉體；拓寬粉體非晶基體的合金體系與成分范圍，制備效率高。

技術領域

本發明屬于粉末制備工程領域，涉及一種氧化物-非晶復合粉體材料及其制備方法。

背景技術

通過在金屬或合金基體中引入均勻、彌散分布的納米氧化物顆粒增強體，有望發展出一類具有優良綜合物理性能和力學性能的復合材料——ODS合金。ODS-鎢(W)合金的彌散強化相是具有高熱穩定性和化學穩定性的氧化物(例如Y₂O₃)或者陶瓷相(SiC等)粒子。ODS-W?合金的組織特點是：微納尺寸的強化相顆粒均勻、彌散分布在W晶粒內和晶界處。這類先進?W合金具有極高的熔點、高熱導率、優異的高溫蠕變抗力、高的再結晶溫度和耐物理濺射和熱腐蝕性能，在核反應堆、航空航天等能源與載運工程等領域具有廣泛應用前景。

機械合金化法(MA)是目前制備ODS-W合金的最常見、有效方法。該方法先將W與氧化物粉體混合球磨，然后燒結成形。其中，球磨制粉是決定ODS-W合金組織與性能的關鍵環節。MA法制備燒結前驅體粉末存在的主要問題是：球磨過程中不可避免引入雜質，污染樣品，燒結體中晶界處的氧化物極易發生團聚，嚴重損害ODS-W合金的燒結質量。

研究人員嘗試了各種方法改善和解決ODS-W合金制備過程中的氧化物偏聚與雜質問題。例如，通過化學鍍Ni法獲得Ni包覆的Y₂O₃粉末；利用水熱法制備W包覆的Y₂O₃納米粉末等。為提升顆粒與包覆層的結合力，這些包覆氧化物的制備均須事先對Y₂O₃納米粒子進行表面改性處理，易于引發納米氧化物粉體的團聚。因此，采用晶態金屬包覆方法在解決納米氧化物的偏聚問題方面收效甚微。最近，人們提出非晶包覆處理氧化物顆粒，來改善ODS-W?合金制備過程中的納米氧化物團聚問題(CN112831733A)，改進了氧化物顆粒在ODS-W合金中的分散與強化效果。但是，目前非晶包覆氧化物粉體顆粒的制備與應用還存在諸多不足。我們注意到，現有的甩帶結合球磨的非晶包覆氧化物顆粒制粉方法，不僅受制于基體合金的非晶形成能力，以及非晶基體與氧化物的相容性，還存在制備工藝中的多參數控制與平衡問題。這些都會嚴重影響非晶包覆氧化物顆粒的品質與產量，難以滿足ODS-W合金的規模化制備需求。同時，甩帶快淬技術難以獲得高氧含量的非晶合金和高氧化物含量的非晶包覆粉體(CA110129609A)。以上這些問題都不利于新型ODS-W合金的工業化制備和實用化。

發明內容

本發明要解決的問題是：克服和改善目前氧化物-非晶復合粉體材料制備還存在的:(1)?中間合金的氧含量低、非晶基體合金體系與成分窄；(2)單輥甩帶-球磨制粉流程的參數匹配與控制難度大，粉體(顆粒大小與形狀等)重復性與可控性差，難以獲得高氧化物含量的非晶包覆粉體；以及(3)制粉效率低、成本高和不適合規模化生產等問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：