專利名稱：一種制備納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料金屬?gòu)浬?qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種制備納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化 金屬用的預(yù)合金粉末的方法。采用絡(luò)合溶膠-凝膠一干燥一焙燒一氫氣還原的工藝，綜合 了有機(jī)化學(xué)、膠體化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)及粉末冶金等相關(guān)知識(shí)，屬于液相制混合金屬氧化物粉 末的范疇。適用于各類要求良好的高溫性能或力學(xué)性能的金屬粉末制品的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
彌散強(qiáng)化技術(shù)特別是對(duì)提高高溫合金的熱穩(wěn)定性和硬度、強(qiáng)度是十分有效的手段，也 是一般金屬提高高溫性能和力學(xué)性能的很好的方法。 一般認(rèn)為氧化物顆粒越細(xì)小，分布越 均勻，能使材料性能提高的越顯著。氧化物彌散強(qiáng)化在高性能銅合金、高溫合金等領(lǐng)域己 有非常成功的應(yīng)用實(shí)例。
目前，在制備氧化物彌散材料上主要采用機(jī)械合金化，內(nèi)氧化技術(shù)。中國(guó)發(fā)明專利
CN200610128421. 8公開(kāi)了一種內(nèi)氧化的方法制備A1203彌散強(qiáng)化銅合金材料。中國(guó)發(fā)明專 利CN94112582.3公開(kāi)了一種機(jī)械球磨合金化的方法制備彌散強(qiáng)化銅電阻焊電極材料。文 獻(xiàn)l (材料工程，1995， 4: 6)報(bào)道了，以Fe原始粉末，以Cr、 Al、 Ti、 Mo為中間合金 粉末，以￥203粉(d〈50nm)為第二相彌散強(qiáng)化粒子，通過(guò)機(jī)械合金化工藝制備高溫合金。 這些方法對(duì)材料的性能有一定的提高，但存在成本高，不易控制，彌散程度不夠均勻，達(dá) 不到高性能要求等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的制備方 法。此法的特點(diǎn)，成本低，操作易控制，制備的彌散相能均勻彌散地分布在基體金屬粉末 中。
本發(fā)明的原理是、擰檬酸是一種"多齒配合物"絡(luò)合劑，在一定pH i條件下能與多 種金屬離子絡(luò)合。在檸檬酸和含基體及彌散相金屬離子的硝酸鹽混合水溶液中，通過(guò)配合 物與基體金屬離子和彌散相金屬離子的絡(luò)合作用得到高度分散的復(fù)合前驅(qū)體，最后再通過(guò) 熱分解的方法去除有機(jī)配體得到納米氧化物混合粉末。復(fù)合前驅(qū)體的反應(yīng)在液相中進(jìn)行， 從而保證了基體金屬離子和彌散相金屬離子的原子級(jí)別的高度均勻混合，在干燥過(guò)程中金 屬離子被均勻的固定在"有機(jī)骨架"中，從而保證了在后續(xù)工藝處理中彌散相氧化物的大 小和均勻分布。
一種制備納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法，用"多齒配合物"檸檬酸 做絡(luò)合劑，使檸檬酸與基體金屬離子和彌散相金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成高度分散的溶 膠；再通過(guò)熱分解的方法去除溶膠中的有機(jī)配體，得到超細(xì)氧化物混合粉末；然后將所得 的混合物在氫氣流中進(jìn)行選擇還原，從而獲得了納米級(jí)彌散相顆粒與納米級(jí)基體顆粒高度 均勻混合的預(yù)合金粉末；將預(yù)合金粉末經(jīng)壓制燒結(jié)后可獲得性能極佳的產(chǎn)品。
具體工藝步驟如下
a、 用去離子水溶解檸檬酸配成一定濃度的檸檬酸溶液，檸檬酸溶液的濃度在 0.5-lmol/L;
b、 將分析純基體金屬硝酸鹽和彌散相氧化物硝酸鹽混合物溶入一定體積的檸檬酸水
溶液中(硝酸鹽金屬離子檸檬酸的摩爾數(shù)比為h 1-2),基體金屬硝酸鹽最終生成基體 金屬，彌散相金屬硝酸鹽最終生成彌散相氧化物；將硝酸鹽混合物原料折合成氧化物彌散
相和金屬基體的質(zhì)量時(shí)，彌散相氧化物占彌散相氧化物和基體金屬混合物總質(zhì)量的
0. 25%-5%;
C、加入乙二醇作為分散劑，檸檬酸乙二醇的質(zhì)量比為1: 0.卜0.2，緩慢滴加氨水
調(diào)節(jié)溶液的pH值近中性(Ph=6-8),攪拌均勻；
d、 放入水浴鍋中，在80-IO(TC下進(jìn)行恒溫加熱蒸發(fā)并發(fā)生配合反應(yīng)，形成溶膠，然 后將溶膠放入干燥箱中，在100-120。C下進(jìn)行干燥得到干凝膠，之后置于馬弗爐中，在 500-800'C下焙燒得到超細(xì)氧化物混合粉；
e、 混合氧化物在500-80(TC下進(jìn)行還原，保護(hù)氣氛為氫氣，還原時(shí)間為40-60min， 得到納米級(jí)彌散相顆粒與納米級(jí)基體顆粒高度均勻混合的預(yù)合金粉末；
f、 將所得預(yù)合金粉末在800-1000Mpa壓力下鋼模壓制，然后在^氣氛下，進(jìn)行燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為1000-1200°C,保溫時(shí)間為45-90 min。由于納米級(jí)氧化物的高度均勻彌散強(qiáng) 化，從而獲得了性能優(yōu)良的合金材料。
其中所用的硝酸鹽必須溶于水，并能與檸檬酸形成配合物；在通常條件下，基體金屬 氧化物可以被氫氣還原:，基體金屬元素可為Fe、 Ni、 Co、 Cu或其合金；'在通常條件下， 彌散相選擇陶瓷類金屬氧化物，不能被氫氣還原，彌散相氧化物可為A1A、 Th02、 Y203 中的一種。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1、 工藝簡(jiǎn)單，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中不需要任何大型設(shè)備，也沒(méi)有復(fù)雜的操作。
2、 可控性好。很多條件的控制都有非常大的區(qū)間，產(chǎn)品性能的一致性好。
3、 成本較低，對(duì)環(huán)境也比較友好。
4、 由于在生產(chǎn)過(guò)程中彌散相被均勻固定在金屬基體中，所以得到的基體金屬粉末表 面的彌散相氧化物很少偏析聚集，相對(duì)機(jī)械合金化的粉末大大改善了其成型性能。
5、 由于工藝特性，相對(duì)其他方法，較大顆粒的彌散相氧化物顆粒，特別是微米以上 的氧化物顆粒出現(xiàn)的概率大大減小，從而有效減少《材料的缺陷，改善了材料的性能。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例i: i.(m氧化鋁彌散強(qiáng)化鐵基合金
1) 稱取分析純檸檬酸108克，溶入去離子水中，配置成1000ml溶液；
2) 稱取分析純Fe(N03)3.9H20 202克，A1(N03)3.9H20 4.2克，溶入檸檬酸水溶液中；
3) 加入11克的乙二醇作為分散劑，磁力攪拌下，緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值為6;
4) 放入水浴鍋中80'C進(jìn)行恒溫加熱蒸發(fā)成溶膠；
5) 成膠后放入烘箱中IOO'C進(jìn)行干燥得到干凝膠，之后于馬弗爐中50(TC焙燒得到超 細(xì)氧化物混合粉；
6) 將上述焙燒的氧化物在50(TC的氫氣流中還原60min，得到納米氧化鋁彌散的鐵粉；
7) 將所得鐵粉在800Mpa壓力下鋼模壓制，H2氣氛下，IOO(TC燒結(jié)90min后得到產(chǎn)品 性能良好。
實(shí)施例2: 2. 0%氧化釔彌散強(qiáng)化鐵基合金
1) 稱取分析純檸檬酸106克，溶入去離子水中，配置成600ml溶液；
2) 稱取分析純Fe(NO3)3.9H2O202克，Y(N03)3.6H20 1.94克，溶入檸檬酸水溶液中；
3) 加入15克的乙二醇作為分散劑，磁力攪拌下，緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值為8;
4) 放入水浴鍋中IO(TC進(jìn)行恒溫加熱蒸發(fā)成溶膠；
5) 成膠后放入烘箱中12(TC進(jìn)行干燥得到干凝膠，之后于馬弗爐中800'C焙燒得到超 細(xì)氧化物混合粉；
6) 將上述焙燒后的氧化物在800'C的氫氣流中還原40min，得到納米氧化釔彌散的鐵 粉；
7) 將所得鐵粉在1000Mpa壓力下鋼模壓制，H2氣氛下，1200'C燒結(jié)45min后得到產(chǎn)品 性能良好。
上例所制備的氧化物彌散強(qiáng)化金屬產(chǎn)品，工藝簡(jiǎn)單，容易控制，具有較好的高溫性能 和較高的強(qiáng)度硬度和耐磨性。
權(quán)利要求
1、一種制備納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法，其特征在于用“多齒配合物”檸檬酸做絡(luò)合劑，使檸檬酸與基體金屬離子和彌散相金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成高度分散的溶膠；再通過(guò)熱分解的方法去除溶膠中的有機(jī)配體，得到超細(xì)氧化物混合粉末；然后將所得的混合物在氫氣流中進(jìn)行選擇還原，從而獲得了納米級(jí)彌散相顆粒與納米級(jí)基體顆粒高度均勻混合的預(yù)合金粉末；將預(yù)合金粉末經(jīng)壓制燒結(jié)后獲得性能極佳的產(chǎn)品，具體工藝步驟為a、用去離子水溶解檸檬酸配成一定濃度的檸檬酸溶液，檸檬酸溶液的濃度在0.5-1mol/L；b、將分析純基體金屬硝酸鹽和彌散相金屬硝酸鹽混合物溶入一定體積的檸檬酸水溶液中，硝酸鹽金屬離子檸檬酸的摩爾數(shù)比為11-2，基體金屬硝酸鹽最終生成基體金屬，彌散相金屬硝酸鹽最終生成彌散相氧化物；將硝酸鹽混合物原料折合成彌散相氧化物和基體金屬的質(zhì)量時(shí)，彌散相氧化物占彌散相氧化物和基體金屬混合物總質(zhì)量的0.25％-5％；c、加入乙二醇作為分散劑，檸檬酸乙二醇的質(zhì)量比為10.1-0.2，緩慢滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH值，Ph＝6-8，攪拌均勻；d、放入水浴鍋中，在80-100℃下進(jìn)行恒溫加熱蒸發(fā)并發(fā)生配合反應(yīng)，形成溶膠，然后將溶膠放入干燥箱中，在100-120℃下進(jìn)行干燥得到干凝膠，之后置于馬弗爐中，在500-800℃下焙燒得到超細(xì)氧化物混合粉；e、混合氧化物在500-800℃下進(jìn)行還原，保護(hù)氣氛為氫氣，還原時(shí)間為40-60min，得到納米級(jí)彌散相顆粒與納米級(jí)基體顆粒高度均勻混合的預(yù)合金粉末；f、將所得預(yù)合金粉末在800-1000Mpa壓力下鋼模壓制，然后在H2氣氛下，進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1000-1200℃，保溫時(shí)間為45-90min，從而獲得了性能優(yōu)良的合金材料。
2、 按照權(quán)利要求1所述制備納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法，其特征 在于所用的硝酸鹽必須溶于水，并能與檸檬酸形成配合物。
3、 按照權(quán)利要求1所述制備納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法，其特征 在于基體金屬氧化物能被氫氣還原，基體金屬元素為Fe、 Ni、 Co、 Cu或其合金。
4、 按照權(quán)利要求1所述制備納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法，其特征 在于彌散相氧化物選擇陶瓷類金屬氧化物，不能被氫氣還原，彌散相氧化物為A1203、 Th02、 丫203中的一種。
全文摘要
一種制備納米級(jí)氧化物彌散強(qiáng)化金屬用預(yù)合金粉末的方法，屬于金屬?gòu)浬?qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域。將含基體和彌散相金屬離子的硝酸鹽混合物溶入一定濃度的檸檬酸水溶液中?？刂迫芤旱膒H值和分散劑加入量，放入水浴鍋中進(jìn)行恒溫加熱蒸發(fā)掉水分并且配合反應(yīng)成溶膠，成膠后放入干燥箱中進(jìn)行干燥得到干凝膠，之后于馬弗爐中焙燒得到超細(xì)氧化物混合粉。將所得的混合物在氫氣流中選擇還原(彌散相氧化物一般為陶瓷類金屬氧化物，通常條件下，不能被氫氣還原)，即得到納米級(jí)氧化物顆粒與納米基體金屬顆粒均勻混合的預(yù)合金粉末，經(jīng)壓制燒結(jié)后可獲得性能極佳的產(chǎn)品。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備出來(lái)的預(yù)合金粉中，彌散相氧化物尺寸較小、成型性好；彌散相分布均勻；另外工藝控制簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)B22F9/16GK101386076SQ20081022414
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者李美霞, 邵慧萍, 郝俊杰, 郭志猛, 敏 陳 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)