[发明专利]适用于氧化物弥散强化钢的同轴送粉复合搅拌摩擦处理的制造方法

说明书

本发明提供一种适用于氧化物弥散强化钢的同轴送粉复合搅拌摩擦处理的制造方法，按照预设的程序在基板上从第一层开始以向上生长的方式逐层沉积，直到沉积最后一层第N层，获得所需氧化物弥散强化钢构件；其中，在第一层至第N层沉积的过程中，通过搅拌摩擦使氧化钇与钢粉重熔，得到当前沉积层，抑制了当前沉积层中氧化钇颗粒的聚集与长大，并防止氧化钇的流失，使氧化钇颗粒弥散在合金钢基体中，同时使合金钢基体组织的晶粒细化至第一晶粒尺寸区间。本发明通过同轴送粉复合搅拌摩擦处理的方式，抑制了氧化钇颗粒的聚集长大，并弥散在合金钢基体中，并防止氧化钇的流失，提高氧化钇材料的利用率，提高ODS钢的性能。

技术领域

本发明涉及增材制造相关技术领域，具体而言涉及一种适用于氧化物弥散强化钢的同轴送粉复合搅拌摩擦处理的制造方法。

背景技术

氧化物弥散强化钢(Oxide Dispersion Strengthened Steel，ODS Steel)因具有优异的抗辐照肿胀、抗氦脆性能及良好的高温强度和蠕变性能，被广泛认为是未来第四代核反应堆燃料包壳材料、高温结构件材料和未来聚变堆包层第一壁等先进核能系统关键部件的重要候选结构材料(主要为9-18Cr铁素体/奥氏体钢)，其服役环境严苛，需承受高能中子辐照、高表面热流、高核热沉积、液态金属腐蚀、高压及复杂机械载荷等，对结构材料、成型质量和制件成型精度均具有极高的要求。

ODS钢的常规制备工艺主要包括：纯金属粉(或预合金粉)与纳米氧化物(如Y-Ti-O、Y-Si-O、Y-Al-O、Y-Zr-O或Y-Hf-O)粉末混合球磨机械合金化后通过热等静压(HIP)、热轧或高温烧结等方式热固体化成型，由于受机械合金化效率及热固化成型设备能力的限制，ODS钢的制备规模较小，难以实现工业规模化生产。此外，由于ODS钢中纳米氧化物的比重较基体合金的比重小，传统的熔化焊接加工会导致氧化物颗粒随焊缝金属的熔化向焊缝表面上浮，使组织中的氧化物弥散强化颗粒分离出来并聚集，从而破坏了纳米氧化物在钢中的弥散分布状态，造成焊接接头高温蠕变性能和抗辐照性能降低，并最终导致材料性能恶化。因此，ODS钢的部件成型也成为限制其在核能领域部件制造和大规模应用的瓶颈。

近年来快速发展的3D打印技术为ODS钢的成型提供了新的途径，公布号为CN110565002A的中国专利公开了一种适用于氧化物强化钢的选区激光熔化增材制造方法，首先通过将含钇纳米氧化物与9-18Cr铁素体/奥氏体钢粉末混合均匀后装入送粉箱中；其次在计算机中建立三维实体模型，并进行分层切片处理，设定每层粉末层的铺粉厚度和沉降补偿；再次采用激光束按照分层切片形状对粉末层进行依次成型，最后进行热处理后得到。

公布号为CN111590079A的中国专利公开了一种纳米氧化物弥散强化钢件及其增材制造方法，先将合金粉末球磨并制成药芯丝材，再采用电弧熔丝增材制造技术打印氧化物弥散钢件，无需模具和快速冷却使得制备工艺效率提高。

通过上述两种3D打印技术制备的ODS钢，因形成较小的微熔池及其快速冷却凝固的特性，均在一定程度上抑制了纳米氧化物的聚集与长大，保证了钢基体中弥散分布大量的纳米氧化物粒子。但上述过程均需要采用高温热源，其打印过程中具有较高的温度，而较高的温度会使纳米氧化钇出现烧损，不能熔进钢基体中，从而导致纳米氧化钇的流失，且氧化钇不能很均匀的分散在钢基体中；同时，由于较高的温度，氧化钇会分解，并再次结合长大，形成大颗粒氧化钇，丧失纳米形态，影响ODS钢的性能。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于氧化物弥散强化钢的同轴送粉复合搅拌摩擦处理的制造方法，通过同轴送粉复合搅拌摩擦处理的方式，抑制了氧化钇颗粒的聚集长大，并弥散在合金钢基体中，并防止氧化钇的流失，提高了材料的利用率，以及提高了ODS钢的性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于氧化物弥散强化钢的同轴送粉复合搅拌摩擦处理的制造方法，包括以下步骤：

S1、将纳米级的氧化钇颗粒与合金钢粉按比例混合，得到混合粉体；