[发明专利]一种纳米级稀土氧化物掺杂粉末及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米级稀土氧化物掺杂粉末及其制备方法，包括稀土盐溶液、Mo/W酸盐溶液制备；将原料通入微化反应器中，并控制原料的比例、流量、溶液的浓度、水浴温度，最终得到纳米级稀土氧化物掺杂粉末。本发明通过控制通入微化反应器的原料的比例、流量、溶液的浓度、水浴温度来调节掺杂反应的速率，能够控制产物粉末形核以及长大条件，本发明方法制备的纳米级稀土氧化物掺杂粉末粒径范围可达3‑20nm，掺杂粉末成分均匀，球形度好；本发明结合微化反应器的优点，可以实现连续的，大规模生产掺杂粉末。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种纳米级稀土氧化物掺杂粉末及其制备方法。

背景技术

金属钼、钨是一种稀有的难熔金属，具有高的熔点、弹性模量，良好的导电导热性能与低的热膨胀系数，以及良好的耐酸碱及耐液体金属腐蚀性能，因此在航空航天、机械制造、电力电子、钢铁冶金、医疗器械、照明、能源化工、军工等各领域得到了广泛应用，是不可或缺的耐高温材料。随着科技的发展，尤其是国防需求越来越高，对于钼合金以及钨合金的综合性能提出了更高的要求。为此，稀土氧化物颗粒弥散强化是提升X(X代表Mo、W等金属)合金的重要手段。稀土氧化物颗粒可以细化X合金晶粒尺寸，降低晶界有害杂质元素浓度。目前，粉末冶金法生产稀土X合金的掺杂方法主要有三种：固-固掺杂、固-液掺杂以及液-液掺杂。固-固掺杂是将稀土氧化物粉末与金属粉末或者金属氧化物粉末进行球磨混合掺杂；固-液掺杂是将稀土硝酸盐溶液喷淋到金属粉末或者金属氧化物粉末上，进行球磨、干燥等工序得到掺杂粉末；液-液掺杂是将稀土盐溶液与相关金属的X酸铵溶液进行混合，经过后续处理得到掺杂粉末。

长期以来，钼、钨合金稀土掺杂主要以液固喷雾掺杂为主，第二相尺度为微米级并且分布不均匀，这样稀土的弥散强化作用就会减小，并且还会导致合金出现缺陷，力学性能受到不良影响。如果可以解决上述问题，那么高性能的钼合金与钨合金材料的制备将成为可能，而能够研发出一种能够获得纳米级的均匀分布与晶界内外的稀土第二相的掺杂方法将会是突破口。

本世纪初，西安交通大学孙军发明了稀土钼液液掺杂技术，专利号为CN200410073414.3，发明名称为稀土二钼酸铵制备工艺，该工艺制备的第二相粒子尺度达到了纳米级，稀土钼合金材料的强韧化指标得到大幅度的提高。魏世忠等人公开了专利申请号为CN201710565743.7的一种稀土掺杂钨粉及其制备方法，该方法将稀土盐溶液与钨酸盐溶液混合，加入草酸溶液，调节pH值后，进行水热反应，过滤、洗涤、干燥、还原，即得到稀土掺杂钨粉。

依此技术为参考，相关领域也开始液-液掺杂技术研究，并取得了显著的进步。这些技术的应用成功，从实践上证明了细化第二相尺度对合金强化指标的重大影响。因此，深入研究第二相弥散强化，对进一步改善和提升合金的性能依然具有重大意义。为此，在深入分析目前液-液掺杂技术过程和合金中第二相的尺度情况，发现现有的液-液掺杂技术存在合金材料内第二相粒径尺度不均匀、粒度分布宽的现象。由于第二相粒子尺度大小的强韧化效果不同，难免使材料的微观层面存在性能不均匀，进而影响宏观材料性能。为此，开发第二相粒子尺度均匀化的液-液掺杂技术，就显得尤为必要。

目前，新兴一种利用微化反应器制备纳米级别粉末的方法。微化反应器，即微通道反应器，利用精密加工技术制造的工艺流体的通道的特征尺寸在10到300微米(或者1000微米)之间的微型反应器。微反应器中可以包含有成百万上千万的微型通道，这样就导致了在微构造的化学设备中具有非常大的表面积/体积比率，同时微化反应器具有极高的混合效率，这样就保证微化反应器可以高效制备极其细小的粉末。并且，微化反应器具有高效的放大过程、高度集成化和连续化操作、精确控制反应参数、高的安全性以及可靠性、环保等优点，保证其在大规模的工业化生产纳米粉末上能得到极大的利用。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种纳米级别的稀土氧化物掺杂粉末，通过对前驱粉体X酸Y(稀土元素)铵粒径尺度控制，实现其中第二相粒子尺度的精准控制。该粉末粒径十分细小且球形度好，为制备纳米级别的、均匀分布在晶界内外的第二相合金奠定了基础。