[发明专利]一种纳米级氧化物强化低活化钢复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米级氧化物强化低活化钢复合材料及其制备方法，包括如下过程：将纳米级Y₂O₃、纳米级Al₂O₃和纳米级粒子A进行球磨固溶，得到固溶体A，所述纳米级粒子A为纳米级TiO₂和/或纳米级ZrO₂；将所述固溶体A用NaOH溶液进行镂空侵蚀，之后洗涤并干燥，得到固溶体B；将固溶体B与低活化钢粉末进行球磨混料，得到混合物C；采用选择性激光熔化工艺将对混合物C进行成型，得到成型体；对所述成型体进行去应力退火。本发明首先制备了复杂的稀土氧化物，并对其结构进行调整以提高其与低活化钢的润湿性，并对其用量和尺寸进行优化，通过激光熔化技术使其均匀分布于低活化钢基体中，显著提高低活化钢的强度，对提高聚变堆的安全性具有重要意义。

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术邻域，具体涉及一种纳米级氧化物强化低活化钢复合材料及其制备方法。

背景技术

由于低活化钢具有良好的低活化性能、抗辐照肿胀性能、机械性能、热物理性能、较好的抗辐照蠕变与抗疲劳的能力等，被认为是聚变堆第一壁包层的首选结构材料。然而，随着核电技术的发展，对其力学性能提出了更高的要求。为提高低活化钢高温力学性能及抗氦脆性能，稀土氧化物(Y₂O₃、Y-Al-O、Y-Ti-O和Y-Zr-O)被引入钢中。钢中弥散分布的细小复杂稀土氧化物粒子可以有效阻碍位错运动提高合金的高温力学性能，同时还可以有效吸纳辐照产生的空位及聚变堆内嬗变产生的氦，提高合金的抗辐照性能。

目前，强化粒子通常由粉末冶金工艺引入，但该工艺存在工艺复杂、经济性差，工业生产限制等缺点。因此，国内外正在开展引入氧化物的可替代制备技术研究。近年来，3D打印的迅速发展极大地改变了传统的生活与生产方式，成为先进制造的重点发展方向之一。3D打印是增材制造的俗称，它按照CAD模型的分层切片数据，通过逐层打印方式，直接进行构件的制造。选区熔化3D打印以激光或者电子束为高能量热源，逐层扫描熔化粉末，逐层堆积，直接实现构件的制造，在模具工业、医疗器械、船舶制造、国防军工以及航空航天等领域具有广泛应用。选区熔化3D打印不使用模具或者夹具，成形件的结构、形状以及复杂程度不受限制，可以显著缩短生产周期，提高原料利用率，降低制造成本。同时，3D打印的快速凝固过程使得晶粒细小，综合力学性能优异，特别适合高强度、难熔金属以及复杂构件的近净成形。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种纳米级氧化物强化低活化钢复合材料及其制备方法，本发明首先制备了复杂的稀土氧化物，并对其结构进行调整以提高其与低活化钢的润湿性，并对其用量和尺寸进行优化，通过激光熔化技术使其均匀分布于低活化钢基体中，显著提高低活化钢的强度，对提高聚变堆的安全性具有重要意义。

本发明采用的技术方案如下：

一种纳米级氧化物强化低活化钢复合材料的制备方法，包括如下过程：

将纳米级Y₂O₃、纳米级Al₂O₃和纳米级粒子A进行球磨固溶，得到固溶体A，所述纳米级粒子A为纳米级TiO₂和/或纳米级ZrO₂；

将所述固溶体A用NaOH溶液进行镂空侵蚀，之后洗涤并干燥，得到固溶体B；

将固溶体B与低活化钢粉末进行球磨混料，得到混合物C；

采用选择性激光熔化工艺将对混合物C进行成型，得到成型体；

对所述成型体进行去应力退火。

优选的，纳米级Y₂O₃的尺寸为20～30nm，纳米级Al₂O₃的尺寸为20～30nm，纳米级粒子A的尺寸为20～30nm；