[发明专利]一种低温原位制备纳米镁铝尖晶石增强铁基合金的方法

说明书

本发明涉及一种低温原位制备纳米镁铝尖晶石增强铁基合金的方法，将MgO和Al₂O₃与铁基粉末预混合，在高纯氩气环境下在球磨罐中进行机械合金化，球磨得到混合粉体；将粉末放入CCl₄和CH₂I₂的混合溶液搅拌，待混合粉末沉降、石墨上浮后取下层液体使用酒精清洗除掉未溶入基体的石墨，再将洗涤后的物质其放入管式炉中、高纯氩气流下进行干燥处理；将干燥处理获得的粉体在900‑1100℃下，100‑200MPa压强下进行热压烧结，得到纳米MgAl₂O₄增强铁基合金材料。MgAl₂O₄具有2135℃高熔点、低热膨胀性、高硬度和优异的耐辐照性能等特点，满足铁基高温合金对增强相的要求。

技术领域

本发明属于高温合金材料及其制备技术领域，特别提供了一种低温原位制备纳米镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)增强铁基合金的方法；以机械合金化结合热压烧结低温原位制备纳米MgAl₂O₄增强铁基合金材料的方法。与同类材料相比，该材料机械性能良好，组织均匀且细小，并获得了新型纳米增强相。

背景技术

纳米增强铁基合金是一种以铁铬合金为基体、纳米颗粒为增强相的新型合金，该合金具有优异的高温蠕变强度、耐辐照以及抗氧化和耐腐蚀等综合性能，是热力机械(发动机、汽轮机等)、电力、航空航天和石油化工等方面的关键材料，在国防、民用领域中占有重要的地位。

近几年来，国内外针对纳米增强铁基合金的制备工艺、微观结构、服役性能表征和评估开展了大量的研究，新的合金元素、结构特征、力学性能测试结果不断涌现。目前研究者们已实现尺寸为2～10nm的增强相在合金基体中均匀分布。刘咏等人研究发现，纳米增强相可以显著提高材料力学性能而且纳米增强相表现出良好的高温热稳定性。周张健等人进一步研究了超临界水介质条件下(873K/25MPa)纳米增强铁基合金的耐腐蚀性能，结果表明纳米增强相的成分、尺寸及分布与材料的耐腐蚀性能有关。专利CN103008657A公布了一种快速成形制备氧化物弥散强化合金的方法介绍了纳米增强铁基合金成型工艺。然而由于外加增强相颗粒原材料(如Y₂O₃、Y₂Ti₂O₇)容易导致增强相颗粒与周围基体结合界面受到污染，进而难以获得良好的界面结合强度，该现象不利于材料综合力学性能的提高并制约材料的实际应用。因此新型纳米增强铁基合金制备技术的研究是拓展该材料应用的关键环节。

发明内容

针对目前外加增强相颗粒原材料(如Y₂O₃、Y₂Ti₂O₇)容易导致增强相颗粒与周围基体结合界面受到污染，进而难以获得良好的界面结合强度等问题，关键问题是抗拉强度提高，界面主要为共格问题。

本发明提出一种以机械合金化结合热压烧结低温原位制备纳米MgAl₂O₄增强铁基合金材料的方法，该方法具有致密度高、综合力学性能和界面相关性好等优点。