[发明专利]一种提高合金中固溶氧含量的方法

说明书

本发明提供了一种提高合金中固溶氧含量的方法，包括如下步骤：(1)将合金主元素与10％～50％氧化物粉体机械合金化，制备氧过饱和合金粉；(2)将氧过饱和合金粉加入到合金液中，并利用搅拌实现合金粉在合金液中的均匀分散；其中，氧过饱和合金粉的密度为合金液密度的90％～120％，氧过饱和合金粉的氧含量为3％～10％wt，并且，氧过饱和合金粉的熔点高于合金液温度30‑50℃。本发明的优点在于：避免了传统“熔炼法”中直接在合金中充入氧气带来的空洞和夹杂物问题，在保障合金强度和韧性的前提下，大幅度提高了合金中的固溶氧含量，为熔炼法制备氧化物强化合金奠定了基础；并且，该方法工艺简单、效率高，适合工业生产。

技术领域

本发明涉及合金材料制备领域，尤其涉及一种提高合金中固溶氧含量的方法。

背景技术

弥散强化是材料强化方式之一。与细晶强化、固溶强化、沉淀强化等强化方式相比，弥散强化突破了材料再结晶的限制，在接近熔点下依然具有强化作用。氧化物弥散强化材料是弥散强化材料中最重要的一种，它是在金属基体中引入稳定、均匀、细小的第二相氧化物，钉扎位错运动从而提高材料的强度；同时，由于氧化物具有较高的高温热稳定性，可以阻碍材料在较高温度下发生晶界滑移，从而可以有效提高材料的抗蠕变性能；辐照条件下，纳米氧化物作为氦泡的形核位点，在很大程度上解决了高能中子辐照下的氦脆和肿胀问题。因此，氧化物强化是一种比较理想的提高材料性能的手段。近年来，弥散强化高性能镍基、铁基、铝基等材料的研究也越来越受到关注。

目前，制备氧化物弥散强化合金的方法主要有“机械合金化法”。但是，“机械合金化法”耗时耗能，且在球磨过程中容易引入杂质，不易于大批量制备，难以实现工程应用。因此，“熔炼法”开始成为实现氧化物弥散合金大规模制备的有效途径。

为了在合金中获得高数密度的氧化物，一般要求钢中的固溶氧含量达到1000ppm。然而，在传统的“熔炼法”制备氧化物弥散强化合金的工艺过程中，虽然熔融的合金液中氧含量可以达到2000ppm，但凝固后的合金中氧浓度却不超过30ppm，在凝固的过程中，过高的溶解氧会变成气体逸出，或者与钢液中的元素结合形成夹杂物，从而显著降低合金的性能。因此，为了实现氧化物弥散强化合金的熔炼高效制备，需要得到一种能够有效提高合金中固溶氧含量的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种提高合金中固溶氧含量的方法，该方法避免了传统“熔炼法”中直接在合金中充入氧气带来的空洞和夹杂物问题，在保障合金强度和韧性的前提下，大幅度提高了合金中的固溶氧含量，并且，工艺简单、效率高，适合工业生产。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种提高合金中固溶氧含量的方法，包括如下步骤：

(1)将合金主元素与10％～50％氧化物粉体机械合金化，制备氧过饱和合金粉；

(2)将步骤(1)制备得到的氧过饱和合金粉加入到合金液中，并利用搅拌实现合金粉在合金液中的均匀分散；

其中，所述氧过饱和合金粉的密度为合金液密度的90％～120％，氧过饱和合金粉的氧含量为3％～10％wt，并且，氧过饱和合金粉的熔点高于合金液温度30-50℃。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中，在氩气或氮气的气氛保护下，将合金主元素和10％～50％氧化物粉体加入到球磨机中进行机械合金化，实现氧元素在基体中的固溶，以得到氧过饱和合金粉。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中，氧化物合粉体具体为Y₂O₃、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Gd₂O₃、NiO、ZrO₂中的一种。