[发明专利]一种制备多纳米相强化铁基合金的方法

说明书

本发明属于金属材料制备研究领域，尤其是一种制备多纳米相强化铁基合金的方法，该方法的步骤为：前驱体粉末制备，将前驱体粉末在保护气氛下使用脉冲电流处理，再在氢气中保温处理，得到表面改性后的纳米氧化物；将表面改性后的纳米氧化物和的铁粉混合后压制成得到预合金块；将得到的预合金块加入到熔体中，经过超声波分散5‑30min后进行喷射成形得到多纳米相强化铁基合金坯体，再进行固溶时效热处理得到多纳米相强化铁基合金。本发明的有益效果是：成本低廉、可以大批量制备，得到多纳米相强化铁基合金坯体中杂质含量少，纳米氧化物粒径细小且分布均匀，且合金元素少偏析甚至无偏析，具有较好的高温组织稳定性和极佳的高温力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料制备研究领域，特别提供了一种制备多纳米相强化铁基合金的方法。

背景技术

氧化物弥散强化(oxide dispersion strengthened,ODS)铁素体基合金是第四代核反应堆包壳、聚变堆包层及其它能源领域用关键高温结构材料。ODS铁素体基合金除了要具有优异的高温力学性能和抗辐照性能外，还要具有优异的抗氧化性能以避免材料高温下被水蒸气氧化，造成材料失效、氢的释放以及核泄漏。提高Cr含量能够提高合金抗氧化性，目前已开发出9Cr-ODS、12Cr-ODS、高Cr(12-17Cr)ODS等一系列合金，但是Cr含量过高会导致富Cr的α′相析出和时效脆性。ODS铁素体基合金通过添加Al元素能够降低Cr元素用量和抑制α′相析出，但是Al元素会导致氧化物粗化和数量密度减小，降低高温力学性能。开发兼具优异高温力学性能和抗氧化性的耐事故容限型ODS合金已成为国际学术界和工业界争相突破的前沿课题。

析出沉淀强化是合金强化的常用手段，在时效过程中析出第二相的种类、粒径和分布对合金的性能有至关重要的影响。一般而言，析出沉淀强化相体积分数越高、粒径越细小强化效果越好。在众多析出相中，共格析出相与基体的结构相同，晶格常数相近，最容易获得高析出相含量的状态。在铁素体合金中，使用B2-CoAl相提升铁素体合金的高温力学性能具有独特优势。首先，B2-CoAl相的点阵常数为0.2862nm，与B2-NiAl相(0.2886nm)相比，更接近bcc-Fe基体(0.2866nm)，这决定了B2-CoAl相在铁素体基体中析出时应变能更小，有利于在基体中共格析出，形成类似镍基高温合金的γ/γ'两相组织。第二，Co元素在铁素体中的扩散速率比Ni元素更低，700℃时Co在铁素体基体中的扩散系数比Ni低45％，这使得在使用B2-CoAl强化相在铁素体中的粗化速率更低，热稳定性更高。最后，Co的加入可以提升铁基合金的居里温度，由于在居里点以下合金为铁磁性，其稳定性更高，各元素的扩散均会变慢，这变相提升了铁基合金的高温稳定性。故使用B2-CoAl析出相和纳米氧化物共强化的铁基合金具有重大科学研究和工业开发的实际意义。

目前能大批量制备含氧化物弥散强化铁素体基合金的方法为机械合金化法。粉末高能球磨法是将纳米氧化物与相应元素粉或预合金化的雾化粉进行高能球磨，依靠高速旋转过程中球磨介质对原料施加的能量将纳米氧化物的团聚分散，并在原料粉末破碎和冷焊的过程中固溶进粉末内部，并在后续烧结或热处理的过程中析出，达到均匀分散的目的。高能球磨法制备多纳米相基合金晶粒细小，纳米氧化物粒径细小且分散均匀，可以有效提高材料的强度。然而机械合金化法不仅费时费能，还在长时间的球磨过程中容易引入杂质，反而对材料的性能产生不利的影响。

发明内容

本发明公开了一种制备多纳米相强化铁基合金坯体的方法，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种制备多纳米相强化铁基合金坯体的方法，所述方法包括如下步骤，

S1)制备前驱体粉末：

将纳米氧化物、聚丙烯酸和表面改性源溶于去离子水中，采用超声波分散20-60分钟后得到悬浮溶液，再将悬浮溶液搅拌加热蒸干得到粉末状前驱体；

S2)纳米氧化物表面改性：