[发明专利]纳米弥散强化合金的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米弥散强化合金的制备方法，包括以下步骤：将待混合的金属或合金加热，形成液相金属或合金熔体；分批次将纳米颗粒加入至液相金属或合金熔体，每次加入均伴随用设备进行剪切乳化分散，使加入的纳米颗粒在熔体内以加速度G_opt移动，并最终形成混合物料分散悬浊液；将混合物料分散悬浊液进行后续加工工艺处理，制成纳米弥散强化金属或合金；制备装置包括混合容器、加热装置、乳化装置，乳化装置包括转子和定子，定子的周侧壁设有供熔体通过的缝隙。本发明的纳米弥散强化合金的制备方法和制备装置，使金属或合金力学性能和高温蠕变性能提高，最终使生产出的成品性能稳定、无掺杂、成本低，且适用于工业化连续生产。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，特别涉及一种纳米弥散强化合金的制备方法。

背景技术

纳米弥散强化合金材料具有优异的物理性能和力学性能，包括室温强度和高温强度、耐磨性、导电性、导热性等。通过在金属基体中引入稳定、均匀、纳米级的质点与基体紧密结合，弥散分布的纳米颗粒钉扎位错，增加位错密度，从而增强加工硬化效果；在高温条件下，强化质点不发生溶解和长大，对位错运动和晶界迁移具有强烈的阻碍作用，达到抗高温软化能力，使材料具备较好的高温力学性能，同时质点对自由电子散射的影响作用较小，因此不会明显降低金属基体的电导率。

目前，弥散强化合金的制备方法主要有机械合金化法、内氧化法和化学共沉淀法等。

已公开的中国发明专利申请201710831279.1采用机械合金化法制备纳米氧化铝弥散强化铜合金。机械合金化法在大批次生产时需要数十甚至数百小时的球磨时间，不适合大规模生产，长时间球磨可能导致晶粒粗大，而且氧含量无法控制，导致后续合金致密化工艺中弥散相长大而成为亚微米级颗粒，同时球磨过程中会引入较多杂质，无法避免污染，批次成品性能之间存在差异。

已公开的中国发明专利申请201210147029.3采用内氧化法制备氧化钇弥散强化铜合金。内氧化法过程很难控制，氧扩散不完全可能导致氧化物分布不均匀，其工艺复杂，周期长，生产成本较高。

已公开的中国发明专利申请201810588877.5采用化学共沉淀法制备氧化钇弥散强化铁钴镍合金。化学共沉淀方法仅限于材料中的所有元素的金属盐均能与沉淀剂反应，生成相应的氧化物或氢氧化物沉淀的情况，且工艺流程较长、产量较低，仅适合实验室制备。

除上述问题之外，传统方法制备的合金材料都存在纳米颗粒添加难度大、添加后在熔体中难以控制其团聚而快速与熔体分离等问题，很难获得颗粒在合金基体内较长时间保持弥散分布的状态，无法保证定量添加以及无法保证具有足够长的悬浊稳定态保证下一步加工的时间要求，导致成形后的合金性能难以满足工程应用的需求。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题，本发明提供一种纳米弥散强化合金的制备方法。

根据本发明的一个方面，提供一种纳米弥散强化合金的制备方法，包括以下步骤：将待混合的金属或合金加热，形成均匀的液相金属或合金熔体；分批次将纳米颗粒加入至液相金属或合金熔体中，每次加入均伴随使用设备进行高速剪切乳化分散，使加入的纳米颗粒在熔体内以加速度G_opt移动，并最终形成总的混合物料分散悬浊液；将混合物料分散悬浊液进行后续加工工艺处理，制成纳米弥散强化合金。

其中，纳米颗粒的尺寸为1-100nm；运动加速度G_opt为30-100G。

其中，高速剪切乳化步骤中，纳米颗粒的加入批次为大于等于1次，每批添加的纳米颗粒与金属或合金熔体质量或体积比为1：1000-1:100；每批的乳化时间均为1-30min，每批加入时乳化设备的转速均为线速度30-60m/s。