[发明专利]一种制备氧化物弥散强化铁基合金的方法

摘要

一种制备氧化物弥散强化铁基合金的方法，属于金属弥散强化技术领域。以铁块、Fe‑Mn合金以及Ni‑Al合金作为原料，通过真空熔炼+电渣熔炼双联的工艺获得纯净的中间合金铸锭，中间合金铸锭在具有保护气氛的破碎机中进行破碎得到中间合金粉末，中间合金粉末与基体粉末和氧化物粉末进行高能球磨后得到氧化物弥散强化铁基合金粉末。氧化物弥散强化铁基合金粉末经过热等静压和热处理后就得到最终的氧化物弥散强化铁基合金。本发明有效降低了铸锭中氧和非金属夹杂的含量，合金化的中间合金防止了Mn元素的氧化，并且能够缩短球磨时间，降低能耗。制备的氧化物弥散强化铁基合金由L21型Ni2AlMn金属间化合物和氧化物弥散相共同强化。

主权项

1.一种制备氧化物弥散强化铁基合金粉末的方法，其特征在于：步骤一、以铁块、Fe‑Mn合金以及Ni‑Al合金作为原料，各种原料的纯度均大于99.9％；金属原料在5vol.％盐酸水溶液中进行预处理，去除表面氧化物，预处理时间为25‑35min，酒精洗净后在烘箱中于60℃下处理烘干30‑90min；中间合金中各合金元素的质量比与目标氧化物弥散强化铁基合金中各元素的质量比一致；步骤二、将经过预处理的原料制备成中间合金，目标氧化物弥散强化铁基合金的成分为：5Ni‑1Al‑3Mn‑0.3Y2O3‑0.3Ti‑余量Fe；中间合金在真空感应炉中进行熔炼，熔炼过程中采用CaO陶瓷坩埚，并在炉料熔清后加大功率，使熔池温度上升至1600‑1700℃，保温25‑35min，之后降温、充入氩气，将钢液浇注成中间合金铸锭；真空感应熔炼的铸锭进行惰性气氛电渣熔炼；电渣重熔渣料的成分为：15‑20％CaO，15‑20％Al2O3，1‑5％TiO2，1‑5％MgO，3‑10％CeO，余量CaF2；将渣料加热到熔融状态后倒入结晶器中，通电起电弧后，调整重熔电压为35‑65V、电流3000‑8000A；自耗电极受电阻缓慢熔化，熔化后的金属液滴穿过熔融的渣料层与渣料发生反应而得到提纯，并在结晶器底部重新结晶，得到组织致密、均匀、纯净的电渣重熔中间合金铸锭；中间合金铸锭的氧含量为100ppm，硫含量为20ppm；步骤三、将中间合金铸锭表面氧化皮去除，在一种带有冷却系统与保护气氛的高速盘磨破碎装置中进行破碎；对破碎后的粉末进行筛选，得到中间合金粉末；步骤四、将基体金属粉末、中间合金粉末、和纳米氧化物颗粒混合后进行机械合金化，基体金属粉末为Fe粉，氧化物为Y2O3；首先按照合金成分配比进行称量，并在混合粉末中另外添加0.3～0.5wt.％硬脂酸作为过程控制剂，以避免高能球磨过程中粉末结块；将上述粉末预混合均匀后在99.999％的高纯氩气或氢气气氛中进行高能球磨，球磨机转速为340～500转/分，球磨时间为30‑35h，得到机械合金化粉末；步骤五、采用热等静压工艺对机械合金化粉末进行致密化，用低碳钢对机械合金化粉末包套，然后进行热等静压，得到接近全致密的氧化物弥散强化铁基合金；步骤六、热等静压氧化物弥散强化铁基合金进行两阶段热处理，首先进行固溶处理，然后进行时效处理后空冷，最终得到成分为5Ni‑1Al‑3Mn‑0.3Y2O3‑0.3Ti‑余量Fe的氧化物弥散强化铁基合金。