[發明專利]適用于氧化物彌散強化鋼的同軸送粉復合攪拌摩擦處理的制造方法

有效

• 申請號: 202210837892.5
• 申請日: 2022-07-17
• 公開（公告）號: CN115058631B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 孫中剛;嚴啟鵬;郭艷華;戴國慶;姚杰;吳世凱;李文亞
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C22C33/02
• 分類號: C22C33/02;B22F10/25;B22F10/50;B33Y10/00;B33Y70/10;B22F1/12;B22F1/14;C22C38/02;C22C38/04;C22C38/58;C22C38/44
• 代理公司: 南京行高知識產權代理有限公司 32404
• 代理人: 王培松

本發明提供一種適用于氧化物彌散強化鋼的同軸送粉復合攪拌摩擦處理的制造方法，按照預設的程序在基板上從第一層開始以向上生長的方式逐層沉積，直到沉積最后一層第N層，獲得所需氧化物彌散強化鋼構件；其中，在第一層至第N層沉積的過程中，通過攪拌摩擦使氧化釔與鋼粉重熔，得到當前沉積層，抑制了當前沉積層中氧化釔顆粒的聚集與長大，并防止氧化釔的流失，使氧化釔顆粒彌散在合金鋼基體中，同時使合金鋼基體組織的晶粒細化至第一晶粒尺寸區間。本發明通過同軸送粉復合攪拌摩擦處理的方式，抑制了氧化釔顆粒的聚集長大，并彌散在合金鋼基體中，并防止氧化釔的流失，提高氧化釔材料的利用率，提高ODS鋼的性能。

技術領域

本發明涉及增材制造相關技術領域，具體而言涉及一種適用于氧化物彌散強化鋼的同軸送粉復合攪拌摩擦處理的制造方法。

背景技術

氧化物彌散強化鋼(Oxide?Dispersion?Strengthened?Steel，ODS?Steel)因具有優異的抗輻照腫脹、抗氦脆性能及良好的高溫強度和蠕變性能，被廣泛認為是未來第四代核反應堆燃料包殼材料、高溫結構件材料和未來聚變堆包層第一壁等先進核能系統關鍵部件的重要候選結構材料(主要為9-18Cr鐵素體/奧氏體鋼)，其服役環境嚴苛，需承受高能中子輻照、高表面熱流、高核熱沉積、液態金屬腐蝕、高壓及復雜機械載荷等，對結構材料、成型質量和制件成型精度均具有極高的要求。

ODS鋼的常規制備工藝主要包括：純金屬粉(或預合金粉)與納米氧化物(如Y-Ti-O、Y-Si-O、Y-Al-O、Y-Zr-O或Y-Hf-O)粉末混合球磨機械合金化后通過熱等靜壓(HIP)、熱軋或高溫燒結等方式熱固體化成型，由于受機械合金化效率及熱固化成型設備能力的限制，ODS鋼的制備規模較小，難以實現工業規?；a。此外，由于ODS鋼中納米氧化物的比重較基體合金的比重小，傳統的熔化焊接加工會導致氧化物顆粒隨焊縫金屬的熔化向焊縫表面上浮，使組織中的氧化物彌散強化顆粒分離出來并聚集，從而破壞了納米氧化物在鋼中的彌散分布狀態，造成焊接接頭高溫蠕變性能和抗輻照性能降低，并最終導致材料性能惡化。因此，ODS鋼的部件成型也成為限制其在核能領域部件制造和大規模應用的瓶頸。

近年來快速發展的3D打印技術為ODS鋼的成型提供了新的途徑，公布號為CN110565002A的中國專利公開了一種適用于氧化物強化鋼的選區激光熔化增材制造方法，首先通過將含釔納米氧化物與9-18Cr鐵素體/奧氏體鋼粉末混合均勻后裝入送粉箱中；其次在計算機中建立三維實體模型，并進行分層切片處理，設定每層粉末層的鋪粉厚度和沉降補償；再次采用激光束按照分層切片形狀對粉末層進行依次成型，最后進行熱處理后得到。

公布號為CN111590079A的中國專利公開了一種納米氧化物彌散強化鋼件及其增材制造方法，先將合金粉末球磨并制成藥芯絲材，再采用電弧熔絲增材制造技術打印氧化物彌散鋼件，無需模具和快速冷卻使得制備工藝效率提高。

通過上述兩種3D打印技術制備的ODS鋼，因形成較小的微熔池及其快速冷卻凝固的特性，均在一定程度上抑制了納米氧化物的聚集與長大，保證了鋼基體中彌散分布大量的納米氧化物粒子。但上述過程均需要采用高溫熱源，其打印過程中具有較高的溫度，而較高的溫度會使納米氧化釔出現燒損，不能熔進鋼基體中，從而導致納米氧化釔的流失，且氧化釔不能很均勻的分散在鋼基體中；同時，由于較高的溫度，氧化釔會分解，并再次結合長大，形成大顆粒氧化釔，喪失納米形態，影響ODS鋼的性能。

發明內容

本發明目的在于針對現有技術的不足，提供一種適用于氧化物彌散強化鋼的同軸送粉復合攪拌摩擦處理的制造方法，通過同軸送粉復合攪拌摩擦處理的方式，抑制了氧化釔顆粒的聚集長大，并彌散在合金鋼基體中，并防止氧化釔的流失，提高了材料的利用率，以及提高了ODS鋼的性能。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種適用于氧化物彌散強化鋼的同軸送粉復合攪拌摩擦處理的制造方法，包括以下步驟：

S1、將納米級的氧化釔顆粒與合金鋼粉按比例混合，得到混合粉體；