專利名稱：一種采用高能球磨制備氧化鋁彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氧化物彌散強(qiáng)化(Oxide Dispersion Strengthened，0DS)預(yù)合金粉末 制備技術(shù)領(lǐng)域，特別提供了一種采用高能球磨氧化物與氧化鐵混合粉末來(lái)制備氧化鋁彌散 強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末的方法。
背景技術(shù)：
快中子增殖反應(yīng)堆發(fā)電是未來(lái)核能利用的重要發(fā)展方向，抗輻照低腫脹低放射性 的燃料包殼材料是快堆實(shí)用化必須解決的重要技術(shù)問題。目前世界有關(guān)國(guó)家通用的快堆包 殼材料是316奧氏體不銹鋼，其腫脹率較高，不具備長(zhǎng)壽命要求。鐵素體鋼具有優(yōu)良抗腫脹 性，但高溫強(qiáng)度較差，亦限制了其使用壽命。而0DS(0xide dispersion strengthened)型 鐵素體鋼既能大幅度提高高溫強(qiáng)度，又具有優(yōu)良抗腫脹性能，是燃料包殼材料長(zhǎng)壽命化很 有希望的預(yù)選材料。目前0DS鐵素體鋼的制備主要都采用粉末冶金工藝，其中主要成分即 為氧化物彌散強(qiáng)化鐵，因此開展氧化物彌散強(qiáng)化鐵的制備研究十分重要。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。氧化物彌散相顆粒在高溫下的 性能穩(wěn)定，這些彌散分布在基體中的氧化物顆粒作為位錯(cuò)移動(dòng)的阻力可以有效改善合金的 抗蠕變能力和高溫強(qiáng)度，另外，彌散分布在基體中的氧化物顆?？梢宰璧K再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn) 行，容易獲得穩(wěn)定的晶粒尺寸。一般認(rèn)為氧化物顆粒越細(xì)小，分布越均勻，材料性能的提高 就越顯著。氧化物彌散強(qiáng)化在高性能銅合金、高溫合金等領(lǐng)域已有非常成功的應(yīng)用實(shí)例。目前，在氧化物彌散強(qiáng)化材料的制備上主要采用機(jī)械合金化，內(nèi)氧化等方法。中 國(guó)發(fā)明專利CN200610128421.8公開了一種內(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)1 (材料工程，1995，4 6)報(bào)道了，以Fe為原始粉末，以Cr，Al，Ti，Mo為中 間合金粉末，以Y203(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。中國(guó)發(fā)明專利CN101535674A公開了一種高能球磨制備氧化物彌散強(qiáng)化型奧氏體不銹 鋼的方法。在其球磨過(guò)程中，彌散相與金屬粉末混合均勻，但是由于金屬粉末較硬，短時(shí)間 內(nèi)氧化物彌散相不能被金屬粉末包裹，未被包裹住的氧化物彌散相粉末在以后的過(guò)程中會(huì) 發(fā)生團(tuán)聚長(zhǎng)大，進(jìn)而惡化材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用高能球磨的方法制備氧化鋁彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金 粉末的方法，解決傳統(tǒng)的機(jī)械合金化球磨過(guò)程中，由于金屬粉末較硬，短時(shí)間內(nèi)氧化物彌 散相不能被金屬粉末包裹，未被包裹住的氧化物彌散相粉末在以后的過(guò)程中會(huì)發(fā)生團(tuán)聚長(zhǎng) 大，進(jìn)而惡化材料的性能的問題。一種用高能球磨制備氧化物彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末的方法，其工藝過(guò)程為稱取
3一定量的Fe203粉末與彌散相氧化物粉末，稱取的氧化物粉末要保證其在鐵-氧化物體系中 的含量為1_3%，以保證彌散強(qiáng)化效果。把鐵-氧化物混合粉末放入行星式高能球磨機(jī)中球 磨，球料比為10-12 1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為350-400r/min，球磨時(shí)間為20-40小時(shí)，不包含停機(jī) 時(shí)間。每球磨5小時(shí)停機(jī)1小時(shí)，以防止球磨罐溫度過(guò)高。然后將球磨好的粉末在氫氣流 中在700-900°C還原40-60min，由于Fe203能被氫氣還原而彌散相氧化物不能，因此最后得 到氧化物彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末。該方法與傳統(tǒng)的機(jī)械合金化相比，采用Fe203粉末與彌散相氧化物粉末共同球磨 來(lái)代替金屬Fe粉末與氧化物彌散相粉末共同球磨，由于Fe203粉末比Fe粉末要軟，因此在 高能球磨的過(guò)程中，彌散相更容易進(jìn)入到Fe203粉末中進(jìn)而被Fe203粉末所包裹，所得到的彌 散相分布更加均勻，而被包裹住的彌散相氧化物粉末在球磨過(guò)程中不會(huì)與其他的彌散相氧 化物粉末發(fā)生團(tuán)聚，抑制了彌散相的長(zhǎng)大，所得到的彌散相顆粒細(xì)小。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:1% A1203彌散強(qiáng)化鐵粉末實(shí)驗(yàn)所用的原料為Fe203粉末與A1203粉末，使用粉末的純度均大于99. 9%，其中 Fe203粉末的粒度為10 u m,Al203粉末的粒度為30nm。稱取一定量Fe203粉末與A1203粉末， 保證A1203在Fe-Al203體系中的含量為1%。把混合粉末放入行星式高能球磨機(jī)中球磨，球 料比為10 1，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為350r/min，球磨時(shí)間控制在40小時(shí)，不包含停機(jī)時(shí)間。每 球磨5小時(shí)停機(jī)1小時(shí)，以防止球磨罐溫度過(guò)高。然后將球磨好的粉末在氫氣流中在700°C 還原60min，最后得到A1203彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末。實(shí)施例2 A1203彌散強(qiáng)化鐵粉末實(shí)驗(yàn)所用的原料為Fe203粉末與A1203粉末，使用粉末的純度均大于99. 9%，其中 Fe203粉末的粒度為10 u m,Al203粉末的粒度為30nm。稱取一定量Fe203粉末與A1203粉末， 保證A1203在Fe-Al203體系中的含量為2%。把混合粉末放入行星式高能球磨機(jī)中球磨，球 料比為11 1，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為380r/min，球磨時(shí)間控制在30小時(shí)，不包含停機(jī)時(shí)間。每 球磨5小時(shí)停機(jī)1小時(shí)，以防止球磨罐溫度過(guò)高。然后將球磨好的粉末在氫氣流中在800°C 還原50min，最后得到A1203彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末。實(shí)施例3:3% Y203彌散強(qiáng)化鐵粉末實(shí)驗(yàn)所用的原料為Fe203粉末與Y203粉末，使用粉末的純度均大于99. 9%，其中 Fe203粉末的粒度為10 u m, Y203粉末的粒度為30nm。稱取一定量Fe203粉末與Y203粉末，保 證Y203在Fe-Y203體系中的含量為3%。把混合粉末放入行星式高能球磨機(jī)中球磨，球料比 為12 1，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為400r/min，球磨時(shí)間控制在20小時(shí)，不包含停機(jī)時(shí)間。每球磨 5小時(shí)停機(jī)1小時(shí)，以防止球磨罐溫度過(guò)高。然后將球磨好的粉末在氫氣流中在900°C還原 40min，最后得到Y(jié)203彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末。
權(quán)利要求
一種用高能球磨制備氧化物彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末的方法，其特征在于工藝過(guò)程為稱取一定量的Fe2O3粉末與彌散相氧化物粉末，稱取的氧化物粉末要保證其在鐵-氧化物體系中的重量百分比含量為1-3％，以保證彌散強(qiáng)化效果；把鐵-氧化物混合粉末放入行星式高能球磨機(jī)中球磨，球料比為10-12∶1，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為350-400r/min，球磨時(shí)間為20-40小時(shí)，不包含停機(jī)時(shí)間；每球磨5小時(shí)停機(jī)1小時(shí)，然后將球磨好的粉末在氫氣流中在700-900℃還原40-60min，由于Fe2O3能被氫氣還原而彌散相氧化物不能，因此最后得到氧化物彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末。
2.按照權(quán)利要求1所述一種用高能球磨制備氧化物彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末的方法，其 特征在于所用的氧化物選擇Al2O3或Y2O3中的一種，不能被氫氣還原。
全文摘要
一種用高能球磨制備氧化物彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末的方法，屬于氧化物彌散強(qiáng)化材料領(lǐng)域。稱取一定量的Fe2O3粉末與彌散相氧化物粉末，稱取的氧化物粉末要保證其在鐵-氧化物體系中的含量為1-3％，以保證彌散強(qiáng)化效果。把混合粉末放入行星式高能球磨機(jī)中球磨，球磨時(shí)間為20-40小時(shí)，不包含停機(jī)時(shí)間。每球磨5小時(shí)停機(jī)1小時(shí)，以防止球磨罐溫度過(guò)高。然后將球磨好的粉末在氫氣流中還原，由于Fe2O3能被氫氣還原而彌散相氧化物不能，因此最后得到氧化物彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末。該方法制備的氧化物彌散強(qiáng)化鐵預(yù)合金粉末，彌散相顆粒小，分布均勻。該方法操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B22F9/22GK101823152SQ20101014869
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者曹慧欽, 楊薇薇, 羅驥, 郭志猛, 陳存廣 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)