[发明专利]一种近终成形多孔镍基ODS合金的方法

说明书

 

技术领域

本发明属于多孔高温合金制备技术领域，特别提供了一种以机械合金化粉末为原料，采用选择性激光烧结技术近终成形孔径可控多孔镍基（Oxide Dispersion Strengthening, ODS）ODS合金的方法。

背景技术

多孔镍基ODS合金具有孔径可控、孔隙率高、比表面积大、高温力学性能优异、抗氧化和耐腐蚀良好的优点，在各种催化剂载体、过滤器和热交换器等领域具有广阔的应用前景。纳米复合氧化物弥散相强化是赋予多孔镍基ODS合金优异高温力学性能的有效措施。多孔镍基ODS合金制备的关键技术是对孔隙结构进行控制。目前，多孔金属材料的制备方法主要有熔融金属发泡法、粉末烧结发泡法、松散粉末烧结法和中空球烧结法等。熔体发泡法是一种经济的多孔金属的制备技术，主要用于制备多孔铝合金。由于Ni基ODS合金的熔点和合金化元素的活性高，熔体发泡法较难制备多孔镍基ODS合金，存在发泡剂分解速率快、孔径分布不均匀和孔隙结构难以控制等问题。粉末烧结发泡法、松散粉末烧结法和中空球烧结法工艺较复杂，难以制备复杂形状多孔零件。

选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）技术为高性能多孔镍基ODS合金的制备提供了新的思路。SLS技术具有生产周期短、成本较低的优点，并且合金成分范围宽、成形灵活、材料利用率高，可以直接快速成形复杂形状零部件，能够实现多孔镍基ODS合金的近终成形。首先，在高纯惰性气氛中进行高能球磨，将Y₂O₃颗粒均匀分散在金属基体中，得到机械合金化粉末。其次，通过逐层铺粉、逐层烧结得到复杂形状的多孔镍基ODS合金坯体。然后经过后续脱脂和烧结得到多孔镍基ODS合金零部件。可以根据实际需要对孔径大小和孔隙分布状态进行控制。孔隙结构通过调节镍基ODS合金粉末的粒径、粒径分布和形貌来进行控制。对于要求单一孔径和孔径分布均匀的多孔坯体，需要对镍基ODS合金粉末进行分级和球化处理，旨在获得单一粒径的球形ODS合金粉末。多孔体的强度可以通过镍基合金的成分设计和二次烧结工艺参数的选择来进行优化。SLS技术制备的多孔镍基ODS合金适合在耐高温、耐腐蚀和抗氧化的条件下进行使用，并且孔隙率、孔径大小和孔隙形貌具有可设计性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选择性激光烧结近终成形多孔镍基ODS合金的方法，旨在解决复杂形状多孔镍基ODS合金成形和孔隙结构控制困难的问题。多孔镍基ODS合金的孔隙率和孔径的可设计性强、高温强度高、原料粉末利用率高，适合在耐高温、耐腐蚀和抗氧化的条件下使用。

本发明首先采用机械合金化工艺获得镍基ODS合金粉末，并对镍基ODS合金粉末进行分级和等离子球化。其次，在捏合机中制备聚合物包覆镍基ODS合金粉末。接着，通过选择性激光快速成形得到所需形状的镍基ODS合金坯体。镍基ODS合金坯体经过热脱脂去除大部分有机聚合物。最后，通过二次烧结得到最终的多孔镍基ODS合金。制备工艺如图1所示，具体工艺步骤有：

1、机械合金化粉末的制备：按照多孔镍铬基ODS合金、镍铝基ODS合金、MA754、MA6000或PM1000的成分配比称量镍粉、铬粉、铝粉、钛粉、钨粉、钽粉、钼粉、铁粉、碳粉、Y₂O₃颗粒和氧化物细化元素铪粉，并将各种粉末预混合均匀，得到混合粉末。混合粉末在高纯Ar气氛中于不同的工艺参数下进行高能球磨，其中球/料比为（10~20）/1，球磨机转速为350~500转/分，球磨时间为24~72小时，得到粒径为25~150μm的镍基ODS合金粉末。

所述的镍铬基ODS合金的成分为：(10~20wt.%)Cr-(0.3~3wt.%)Y₂O₃-(0.5~3wt.%)Hf-余量Ni；镍铝基ODS合金的成分为：(5~30wt.%)Al-(0.3~3wt.%)Y₂O₃-余量Ni；MA754的成分为：20wt.%Cr-0.3wt.%Al-0.5wt.%Ti-1%wt.%Fe-0.05wt.%Ti-(0.3~3wt.%)-Y₂O₃-余量Ni；MA6000的成分为：15wt.%Cr-2wt.%Mo-4wt.%W-2%wt.%Ta-4.5wt.%Ti-2.5