[发明专利]一种采用高能球磨制备氧化铝弥散强化铁预合金粉末的方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化物弥散强化(Oxide Dispersion Strengthened，ODS)预合金粉末 制备技术领域，特别提供了一种采用高能球磨氧化物与氧化铁混合粉末来制备氧 化铝弥散强化铁预合金粉末的方法。

技术背景

快中子增殖反应堆发电是未来核能利用的重要发展方向，抗辐照低肿胀低放 射性的燃料包壳材料是快堆实用化必须解决的重要技术问题。目前世界有关国家 通用的快堆包壳材料是316奥氏体不锈钢，其肿胀率较高，不具备长寿命要求。 铁素体钢具有优良抗肿胀性，但高温强度较差，亦限制了其使用寿命。而 ODS(Oxide dispersion strengthened)型铁素体钢既能大幅度提高高温强度，又具有 优良抗肿胀性能，是燃料包壳材料长寿命化很有希望的预选材料。目前ODS铁 素体钢的制备主要都采用粉末冶金工艺，其中主要成分即为氧化物弥散强化铁， 因此开展氧化物弥散强化铁的制备研究十分重要。

弥散强化技术特别是对提高高温合金的热稳定性和硬度、强度是十分有效的 手段，也是一般金属提高高温性能和力学性能的很好的方法。氧化物弥散相颗粒 在高温下的性能稳定，这些弥散分布在基体中的氧化物颗粒作为位错移动的阻力 可以有效改善合金的抗蠕变能力和高温强度，另外，弥散分布在基体中的氧化物 颗粒可以阻碍再结晶过程的进行，容易获得稳定的晶粒尺寸。一般认为氧化物颗 粒越细小，分布越均匀，材料性能的提高就越显著。氧化物弥散强化在高性能铜 合金、高温合金等领域已有非常成功的应用实例。

目前，在氧化物弥散强化材料的制备上主要采用机械合金化，内氧化等方法。 中国发明专利：CN200610128421.8公开了一种内氧化的方法制备Al₂O₃弥散强化 铜合金材料。中国发明专利：CN94112582.3公开了一种机械球磨合金化的方法 制备弥散强化铜电阻焊电极材料。文献1(材料工程，1995，4：6)报道了，以 Fe为原始粉末，以Cr，A-l，Ti，Mo为中间合金粉末，以Y₂O₃(d＜50nm)为第 二相弥散强化粒子，通过机械合金化工艺制备高温合金。中国发明专利： CN101535674A公开了一种高能球磨制备氧化物弥散强化型奥氏体不锈钢的方 法。在其球磨过程中，弥散相与金属粉末混合均匀，但是由于金属粉末较硬，短 时间内氧化物弥散相不能被金属粉末包裹，未被包裹住的氧化物弥散相粉末在以 后的过程中会发生团聚长大，进而恶化材料的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用高能球磨制备氧化铝弥散强化铁预合金粉 末的方法，解决传统的机械合金化球磨过程中，由于金属粉末较硬，短时间内氧 化物弥散相不能被金属粉末包裹，未被包裹住的氧化物弥散相粉末在以后的过程 中会发生团聚长大，进而恶化材料的性能的问题。

一种用高能球磨制备氧化物弥散强化铁预合金粉末的方法，其工艺过程为： 称取一定量的Fe₂O₃粉末与弥散相氧化物粉末，称取的氧化物粉末要保证其在铁 -氧化物体系中的含量为1-3％，以保证弥散强化效果。把铁-氧化物混合粉末放入 行星式高能球磨机中球磨，球料比为10-12∶1，球磨机转速为350-400r/min，球 磨时间为20-40小时，不包含停机时间。每球磨5小时停机1小时，以防止球磨 罐温度过高。然后将球磨好的粉末在氢气流中在700-900℃还原40-60min，由于 Fe₂O₃能被氢气还原而弥散相氧化物不能，因此最后得到氧化物弥散强化铁预合 金粉末。

该方法与传统的机械合金化相比，采用Fe₂O₃粉末与弥散相氧化物粉末共同 球磨来代替金属Fe粉末与氧化物弥散相粉末共同球磨，由于Fe₂O₃粉末比Fe粉 末要软，因此在高能球磨的过程中，弥散相更容易进入到Fe₂O₃粉末中进而被 Fe₂O₃粉末所包裹，所得到的弥散相分布更加均匀，而被包裹住的弥散相氧化物 粉末在球磨过程中不会与其他的弥散相氧化物粉末发生团聚，抑制了弥散相的长 大，所得到的弥散相颗粒细小。

具体实施方式