[发明专利]纳米第二相颗粒掺杂钼合金粉末及制品的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种钼合金粉末及制品的制备方法，具体涉及一种纳米第二相颗粒掺杂钼合金粉末及制品的制备方法。

背景技术

钼金属作为一种高温工程领域中应用的结构材料，其固有的韧-脆转变特性和强度不足的问题，一直是其应用领域受限的重要原因之一。因此，强韧化研究一直是钼金属研究的热点之一。

由于钼金属没有因温度改变而发生晶体相变的性质，通过热处理强韧化的可行性不大，大多数强韧化研究集中在钼的合金化方面。在众多的合金化元素中，除钨、铼等极少数元素外，大部分合金元素（如钛、锆、镧、硅、铝等）均以一定的化合物形式弥散在钼材料的基体中。这些弥散第二相粒子发挥强韧化作用的最大障碍在于保证其弥散分布的均匀程度和弥散粒子的尺度。

Orowan理论、Fisher理论、Ashby理论等众多的弥散强化理论证明，第二相粒子尺寸越小，且弥散程度越均匀，则弥散强化效果越大。因此，开发一种在钼基体中第二相粒子呈亚微米级、纳米级尺度，且均匀分布的的钼合金的制备方法，逐渐成为钼合金强韧化技术的研究热点。

现有钼合金粉末及制品的合金化方法有固-固掺杂方法、液-固掺杂方法和液-液掺杂方法。

固-固掺杂方法难以保证第二相颗粒的均匀性，且易带入杂质元素，所制得的钼合金性能远达不到理想要求。

虽然液-固掺杂方法使物相分散均匀性得到很大改善，但均匀程度仍不是很理想，且需要通过后续反应将掺杂物转化为第二相颗粒，第二相颗粒的尺寸难以控制。另外，这种方法对碳元素、TiH₂和ZrH₂等难以形成溶液的合金物质无法适用。在液-固掺杂过程中，有时在合金物质溶液中加入丙三醇、无水乙醇等粘结剂，虽然使第二相颗粒的弥散程度有所改善，但粘结剂带入的过量碳元素较难脱除。

液-液掺杂方法直接将含有合金元素或化合物的溶液与钼酸铵结晶母液混合，进而结晶制取掺杂钼酸铵，经过焙解、还原成为掺杂钼粉。液-液掺杂方法达到了掺杂物质分子级的混合水平，但由于很难找到与钼酸铵晶体存在良好的共格关系的物质作为合金元素的载体，这种掺杂方法的局限性较大。另外，液-液掺杂方法的合金物质必须在结晶前定量加入钼酸铵母液中，只能应用于间歇式结晶生产，而目前先进的钼酸铵工艺生产均采用连续结晶方式，无存放待结晶钼酸铵母液的独立反应釜，因此该方法在工业上应用的可能性不大。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米第二相颗粒掺杂钼合金粉末的制备方法，解决了现有制备方法存在的第二相颗粒分布不均匀和液-固、液-液掺杂过程带来的氮氧化合物烟气污染的问题。

本发明的另一个目的是纳米第二相颗粒掺杂钼合金制品的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，纳米第二相颗粒掺杂钼合金粉末的制备方法，通过喷雾掺杂将预先配制的纳米掺杂物悬浮液掺杂到二氧化钼粉末中，再经过还原、过筛，即得到纳米第二相颗粒掺杂钼合金粉末。

本发明的特点还在于，

喷雾掺杂是将预先配制的纳米掺杂物悬浮液注入到在线搅拌喷雾罐中，并开启在线搅拌，将二氧化钼粉末加入到双锥掺杂喷雾真空干燥机的料罐中，开启料罐旋转系统，同时注入小于100℃的循环水加热料罐，在料罐旋转受热的同时，通过在线搅拌喷雾罐内小于1MPa的空气压强将纳米掺杂物悬浮液均匀喷淋到二氧化钼粉末中，形成掺杂二氧化钼粉末，喷淋结束后关闭喷雾阀门，开启料罐的真空系统和循环水加热系统，对掺杂的二氧化钼粉末进行干燥。

纳米掺杂物悬浮液的配制方法如下：将纳米掺杂物粉末与去离子水混合后，搅拌至纳米掺杂物粉末分散为单个纳米粒子，呈无沉淀的牛乳状，得到纳米掺杂物悬浮液；纳米掺杂物粉末与去离子水的质量比为小于1：5；搅拌的时间为大于15min；在搅拌过程也可加入十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，十二烷基苯磺酸钠与纳米掺杂物粉末的质量比为1：5。

循环水的温度优选50～90℃；在线搅拌喷雾罐内的空气压强优选0.4～0.8MPa；纳米掺杂物粉末与去离子水的质量比优选1：10～50；搅拌的时间优选25～40min。

本发明所采用的另一技术方案是，纳米第二相颗粒掺杂钼合金制品的制备方法，通过喷雾掺杂将预先配制的纳米掺杂物悬浮液掺杂到二氧化钼粉末中，再经过还原、过筛得到纳米第二相颗粒掺杂钼合金粉末，最后将纳米第二相颗粒掺杂钼合金粉末经过压制成型和烧结，制成钼合金制品。

本发明的特点还在于，