[发明专利]一种基于机械合金化高效制备ODS钢的方法及其产品

说明书

本发明公开了一种基于机械合金化高效制备ODS钢的方法及其产品。所述方法包括下列步骤：将金属Fe、金属Cr、金属W、金属Y熔炼为合金熔液，通过气体雾化法得到Fe‑Cr‑W‑Y预合金粉末；将Fe‑Cr‑W‑Y预合金粉末与金属氧化物粉末混合后进行球磨得到合金粉末，其中，球磨时间为至少20小时，所述金属氧化物粉末中的金属不为Y；将合金粉末采用放电等离子技术烧结成形，将烧结成形后的合金进行退火热处理，得到ODS钢。本发明通过制备含Y预合金粉末的方式来减少Y在基体中分散均匀并形成过饱和固溶体的时间，并以稳定性较低的不含Y的氧化物作为O源，再通过SPS快速烧结及热处理使基体中原位生成Y₂O₃等纳米氧化物增强相。由此解决目前制粉效率低下等的技术问题。

技术领域

本发明属于氧化物弥散强化(ODS)合金技术领域，更具体地，涉及一种基于机械合金化高效制备ODS钢的方法及其产品。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求量急剧增加，能源问题成为当今国际社会的一大重要问题。核能具有发电量大、温室气体排放量小等优势，是解决人类的能源危机的重要途径之一。特别是核聚变能拥有比裂变能更高的能量密度，且其反应原料来源广泛，是一种极具潜力的新能源。然而可控核聚变的运行环境远比核裂变系统严酷得多，面临高的运行环境温度和高通量的中子辐照，因此，发展具有优异高温力学性能、抗辐照性能的结构材料是目前科研工作者需要迫切解决的问题。氧化物弥散强化(ODS)钢由于具有优异的溶胀性、耐蚀性、高温抗蠕变性能和抗中子辐照性能而被认为是核聚变反应堆最佳的结构材料之一，其基体中分布有大量纳米级的稳定氧化物颗粒，如Y₂O₃、Y₂TiO₅、Y₂Ti₂O₇等，这些颗粒可以钉扎位错、抑制晶粒的长大，提高合金的抗蠕变性能，同时还能吸收辐照引起的点缺陷、嬗变He，从而提升材料的抗辐照性能，因此受到众多研究者的青睐。

机械合金化是制备ODS钢的主要方法，通常采用外加Y₂O₃与钢基体粉末进行长时间高能球磨，迫使Y₂O₃分解进而过饱和固溶到基体中，然后通过粉末冶金成形。例如：在非专利文献Zhang H,Huang Y,Ning H et al.Processing and microstructurecharacterisation of oxide dispersion strengthened Fe–14Cr–0.4Ti–0.25Y₂O₃ferritic steels fabricated by spark plasma sintering.Journal of NuclearMaterials,2015,464:61-68.中H.Zhang使用Fe-14Cr预合金粉作为基体，通过添加Y₂O₃和Ti粉进行球磨，在球磨60h后粉末达到稳态结构。又例如，在非专利文献Wu S,Li J,Li C etal.Preliminary study on the fabrication of 14Cr-ODS FeCrAl alloy by powderforging.材料科学技术:英文版,2021(24):9.中，S.Wu使用14Cr-FeCrAl预合金粉为基体，添加0.5wt％的纳米Y₂O₃粉末，球磨48h后使用粉末锻造的方式使其致密化。

可以看出，采用常规方法制备Fe基合金，通常需要球磨四十至五十小时以上，长时间的球磨不仅导致制粉效率低下，而且容易引入其他杂质而造成粉末污染。因此，本领域亟待提供一种更为高效的ODS钢制备方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于机械合金化高效制备ODS钢的方法及其产品，其目的在于通过制备含Y预合金粉末(Fe-Cr-W-Y粉末)的方式来减少Y在基体中分散均匀并形成过饱和固溶体的时间。由此解决目前制粉效率低下等的技术问题。