一种可用于ODS-W合金的氧化物-非晶复合粉体及其制备方法技术

一种可用于ODS

【技术实现步骤摘要】
一种可用于ODS
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W合金的氧化物
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非晶复合粉体及其制备方法


[0001]本专利技术属于粉末制备工程领域，涉及一种氧化物
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非晶复合粉体材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]通过在金属或合金基体中引入均匀、弥散分布的纳米氧化物颗粒增强体，有望发展出一类具有优良综合物理性能和力学性能的复合材料——ODS合金。ODS
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钨(W)合金的弥散强化相是具有高热稳定性和化学稳定性的氧化物(例如Y2O3)或者陶瓷相(SiC等)粒子。ODS
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W 合金的组织特点是：微纳尺寸的强化相颗粒均匀、弥散分布在W晶粒内和晶界处。这类先进 W合金具有极高的熔点、高热导率、优异的高温蠕变抗力、高的再结晶温度和耐物理溅射和热腐蚀性能，在核反应堆、航空航天等能源与载运工程等领域具有广泛应用前景。
[0003]机械合金化法(MA)是目前制备ODS
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W合金的最常见、有效方法。该方法先将W与氧化物粉体混合球磨，然后烧结成形。其中，球磨制粉是决定ODS
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W合金组织与性能的关键环节。MA法制备烧结前驱体粉末存在的主要问题是：球磨过程中不可避免引入杂质，污染样品，烧结体中晶界处的氧化物极易发生团聚，严重损害ODS
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W合金的烧结质量。
[0004]研究人员尝试了各种方法改善和解决ODS
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W合金制备过程中的氧化物偏聚与杂质问题。例如，通过化学镀Ni法获得Ni包覆的Y2O3粉末；利用水热法制备W包覆的Y2O3纳米粉末等。为提升颗粒与包覆层的结合力，这些包覆氧化物的制备均须事先对Y2O3纳米粒子进行表面改性处理，易于引发纳米氧化物粉体的团聚。因此，采用晶态金属包覆方法在解决纳米氧化物的偏聚问题方面收效甚微。最近，人们提出非晶包覆处理氧化物颗粒，来改善ODS
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W 合金制备过程中的纳米氧化物团聚问题(CN112831733A)，改进了氧化物颗粒在ODS
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W合金中的分散与强化效果。但是，目前非晶包覆氧化物粉体颗粒的制备与应用还存在诸多不足。我们注意到，现有的甩带结合球磨的非晶包覆氧化物颗粒制粉方法，不仅受制于基体合金的非晶形成能力，以及非晶基体与氧化物的相容性，还存在制备工艺中的多参数控制与平衡问题。这些都会严重影响非晶包覆氧化物颗粒的品质与产量，难以满足ODS
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W合金的规模化制备需求。同时，甩带快淬技术难以获得高氧含量的非晶合金和高氧化物含量的非晶包覆粉体(CA110129609A)。以上这些问题都不利于新型ODS
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W合金的工业化制备和实用化。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的问题是：克服和改善目前氧化物
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非晶复合粉体材料制备还存在的:(1) 中间合金的氧含量低、非晶基体合金体系与成分窄；(2)单辊甩带
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球磨制粉流程的参数匹配与控制难度大，粉体(颗粒大小与形状等)重复性与可控性差，难以获得高氧化物含量的非晶包覆粉体；以及(3)制粉效率低、成本高和不适合规模化生产等问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于熔体雾化技术的氧化物
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非晶复合粉体，所述粉体材料的组织特征是非晶合金基体上弥散分布着不同数目密度的纳米尺度球状氧化物粒子，氧化物
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非晶复合粉
体的化学组成为G+(3～40wt％)Y2O3，其中，G＝Y
a
X
100
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a
为非晶基体合金的原子百分比成分，Y是稀土金属钇，X是Fe、Co或Ni金属，氧化物粒子为Y2O3。本专利技术首先需通过感应熔炼，得到纳米氧化物颗粒均匀分布其中的(非晶成分)合金熔体。这里需要G＝Y
a
X
100
‑
a
非晶基体熔体与氧化物Y2O3粒子间具有良好的化学亲和力与润湿性，且两者密度也相近，以避免比重偏析与氧化物粒子偏聚。在此基础上，然后通过熔体雾化技术获取不同粒径的氧化物
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非晶复合粉体材料。
[0008]一种基于熔体雾化技术的氧化物
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非晶复合粉体制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)第一步，配制和熔炼成分为G的公斤级非晶基体合金锭；
[0010]所述的成分G＝Y
a
X
100
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a
，a为原子百分比，取值为30≤a≤85，包含稀土金属Y与X，X 为Fe、Co或Ni元素中的一种或多种，Y为稀土金属钇；将配置好的工业纯金属原料混合后置于中频感应熔炼炉坩埚内，抽真空至1～10Pa，充入0.01～0.10MPa工业纯Ar保护气，通电进行感应熔炼，熔炼温度和时长分别为800～1300℃，5～10min，最终得到成分为G的公斤级均匀合金锭。
[0011](2)第二步，配置、熔炼公斤级G+(3～40wt％)Y2O3合金，获取氧化物
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非晶复合粉体
[0012]2.1)根据ODS
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W合金制备实际所需的氧化物增强体尺寸与分布，确定氧化物
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非晶复合粉体中的Y2O3添加量和具体成分。
[0013]2.2)将第一步得到的G合金锭破碎，按步骤2.1)得到的配比称量Y2O3纳米氧化物和G 合金料，混合、配制公斤级氧化物
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非晶复合材料，其中Y2O3纳米氧化物的重量占比可在3～40 wt％区间取值，相应的该氧化物
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非晶复合材料合金的成分通式可表述成G+(3～40wt％)Y2O3。这里，G＝Y
a
X
100
‑
a
基体熔体与氧化物Y2O3粒子间具有良好的化学亲和力与润湿性，且两者密度也相近，能够避免比重偏析与氧化物粒子偏聚。
[0014]2.3)将配好的公斤级G+(3～40wt％)Y2O3合金料置于雾化炉坩埚中，加热至一定温度 (800～1300℃，要求高于G合金熔点，而远低于Y2O3氧化物熔点)，保温2
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5min，获取氧化物颗粒均匀分布其中的成分为G的合金熔体；接着将其雾化、喷出冷却(雾化气体喷压为 5～10MPa，导流杆喷嘴孔径为2～7mm)，得到球形粉体材料，其粒径可控，可在5μm～ 300μm间变化。
[0015](3)第三步，采用扫描电镜，并结合X射线衍射仪、电子显微镜技术表征粉体形态与结构。结果表明：所得球形粉体的基体是成分为G的非晶态合金，其中均匀、弥散分布着纳米尺度的氧化物粒子，形成了氧化物
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非晶复合材料。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017](1)本专利技术成功实施了氧化物
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非晶复合粉体的公斤级制造，可实现相关粉体材料的规模化制备；
[0018](2)通过调控非晶基体与纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于熔体雾化技术的氧化物
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非晶复合粉体制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配制和熔炼成分为G的公斤级非晶基体合金锭；所述的成分G＝Y
a
X
100
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a
，a为原子百分比，取值为30≤a≤85，包含稀土金属Y与X，X为金属元素，Y为稀土金属钇；将配置好的工业纯金属原料混合后置于中频感应熔炼炉坩埚内，抽真空并充入工业纯Ar保护气，通电进行感应熔炼，得到成分为G的公斤级均匀合金锭；(2)配置、熔炼公斤级G+(3～40wt％)Y2O3合金，获取氧化物
‑
非晶复合粉体2.1)根据ODS
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W合金制备实际所需的氧化物增强体尺寸与分布，确定氧化物
‑
非晶复合粉体中的Y2O3添加量和具体成分；2.2)将第一步得到的G合金锭破碎，按步骤2.1)得到的配比称量Y2O3纳米氧化物和G合金料，混合、配制公斤级氧化物
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非晶复合材料，其中Y2O3纳米氧化物的重量占比在3～40wt％区间取值，相应的该氧化物
‑
非晶复合材料合金的成分通式可表述成G+(3～40wt％)Y2O3；这里G＝Y
a
X
100
‑
a
基体熔体与氧化物Y2O3粒子间具有良好的化学亲和力与润湿性，且两者密度相近，能够避免比重偏析与氧化物粒子偏聚；2.3)将配好的公斤级G+(3～40wt％)Y2O3合金料置于雾化炉坩埚中，加热至一定温度后进行保温，该温度高于G合金熔点且低于Y2O3氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：练友运，王英敏，羌建兵，封范，王建豹，刘翔，冯凯霖，魏明玉，陈旭洲，房灿峰，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：