一種納米級氧化物彌散強化鎳基復合粉末的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米級氧化物彌散強化鎳基復合粉末的制備方法，屬于納米復合材料制備領域。
【背景技術】
[0002]材料的主要強化方法包括彌散強化、固溶強化、應變強化、沉淀強化、細晶強化。與其他強化方式相比，彌散強化突破了材料再結晶的限制，在接近熔點的溫度下依然保持強化作用。氧化物彌散強化材料是彌散強化材料中最重要的一種，它是在金屬基體中引入穩(wěn)定、均勻、細小的第二相氧化物質(zhì)點，阻礙位錯運動，從而在室溫下使材料強度提高的方法；同時，由于氧化物的高溫熱穩(wěn)定性較高，使得材料在較高溫度下的晶界滑移受到阻礙，故可以有效的提高材料的抗蠕變性能。因此，氧化物彌散強化是一種比較理想的強化手段，展現(xiàn)出較大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應用前景，吸引著材料工作者的極大興趣，愈發(fā)成為材料科學領域的研宄熱點。近年來，彌散強化高性能鎳基、鐵基、鋁基等材料已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域。但是，氧化物彌散強化材料對組織內(nèi)部的氧化物彌散相有極高的要求，一般要求其中氧化物粒子的粒徑在50nm以下，更大的氧化物粒子雖然對于位錯的運動產(chǎn)生強烈的阻礙作用，但是會大幅度降低材料的抗斷裂性能和塑性，使強化效果大幅度降低。
[0003]目前，氧化物作為增強相的彌散強化材料得到了廣泛而深入的研宄，并且已經(jīng)廣泛應用于磁性材料、室溫結構材料和高溫合金領域。制備氧化物彌散強化鎳基材料的方法主要有機械合金化法。機械合金化可以成功的制備氧化物彌散強化鎳基材料，但是機械合金化耗時耗能，且在球磨過程中容易引入雜質(zhì)，不易于大批量制備。同時，機械合金化過程中為保證彌散相的均勻分布，需使用較高的球磨速度對原料粉末進行機械合金化，在較高轉速球磨處理時，原料中的納米氧化物粒子容易溶解于鎳基體中再析出變?yōu)檩^大顆粒的氧化物粒子而使強化效果降低。中國發(fā)明專利CN101956119A公開了一種用低溫燃燒法制備彌散強化金屬用預合金粉末的方法，該方法成本低、設備簡單、周期較短，但是，也存在在燃燒的高溫環(huán)境中基體粉末容易團聚長大，進而導致彌散相也隨之長大，甚至出現(xiàn)偏聚現(xiàn)象，以及反應強烈不易控制等問題。因此，為了避免上述方法的不足，尋找一種既能夠制備彌散相顆粒細小、分布均勻同時又簡單、高效、成本低的氧化物彌散強化鎳基復合粉末的方法成為當務之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有方法的不足，特別提供了一種添加劑輔助溶液燃燒法制備納米級氧化物彌散強化鎳基復合粉末的方法。該方法避免了機械合金化，內(nèi)氧化法的不足，又成功解決了當前燃燒法中存在的粉體容易團聚長大以及反應劇烈難以控制等問題，同時該方法原料易得，設備簡單，工藝流程短，效率高，成本低，適合工業(yè)生產(chǎn)。
[0005]本發(fā)明特征在于將硝酸鎳、彌散相硝酸鹽、還原劑、有機添加劑配制成均勻水溶液，將溶液加熱到一定溫度，溶液發(fā)生氧化還原反應，得到前驅體，然后在還原氣氛下進行選擇性還原，得到彌散相顆粒細小、分布均勻并且最終產(chǎn)品性能優(yōu)異的納米級氧化物彌散強化镲基復合粉末。
[0006]本發(fā)明特征還在于在原料中引入了一種有機添加劑，原理為添加劑會在放熱的氧化還原反應中發(fā)生分解反應，吸收反應中產(chǎn)生的額外熱量，降低反應溫度，使得反應變得溫和可控，阻止粉末團聚長大；同時添加劑分解會產(chǎn)生額外的氣體，可以進一步阻止粉末團聚。
[0007]本發(fā)明特征在于包括以下步驟:
[0008]I)納米前驅體粉末的制備:將硝酸鎳、彌散相硝酸鹽、還原劑和有機添加劑按照一定比例溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應，得到含有氧化鎳和彌散相氧化物的前驅體粉末。其中，彌散相硝酸鹽為硝酸釔或硝酸鑭；還原劑為甘氨酸、尿素中至少一種，其與硝酸鎳的摩爾比為(0.05?I):1 ;有機添加劑為葡萄糖、檸檬酸和PVA中至少一種，其與硝酸鎳的摩爾比為(0.2?1.5):1。
[0009]2)選擇性還原:將前驅體粉末在氫氣或分解氨氣氛中進行選擇性還原，還原溫度為250?70(TC，還原時間為0.5?3h，得到納米氧化物彌散強化鎳基復合粉末。
[0010]在還原過程中前驅體粉末中的氧化鎳還原生成鎳基體，彌散相氧化物由于穩(wěn)定性高不能被還原而得到保留并均勻分布在鎳基體之中。硝酸鎳和彌散相硝酸鹽分別折合成鎳基體和彌散相的質(zhì)量，目標復合粉末中氧化物彌散相的質(zhì)量分數(shù)為2?20%，鎳基體質(zhì)量分數(shù)為98?80%。
[0011]該方法具有以下優(yōu)點:
[0012]I)利用溶液中各原料之間的快速反應，在十幾分鐘內(nèi)簡便快捷地制備出前驅體粉末；
[0013]2)有機添加劑能顯著降低反應溫度，產(chǎn)生額外氣體，阻止粉末團聚長大；
[0014]3)在液相中可實現(xiàn)各成分在分子水平上的均勻混合，有利于復合粉體中彌散相的均勻分布；
[0015]4)前驅體活性高，可降低還原溫度，縮短反應時間；
[0016]5)所制備的復合粉末純度高，彌散相顆粒細小，分布均勻，基體粉末粒徑小，分散性好，并且可以通過改變原料種類、配比、還原溫度和時間來調(diào)控彌散相顆粒以及基體粉末顆粒的大小；
[0017]6)原料易得，設備簡單，工藝流程短，效率高，成本低，適合規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，為高性能納米級氧化物彌散強化鎳基復合粉末的制備提供了新的思路。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖
[0019]圖2為成分為1wt.% Y2O3-Ni的氧化釔彌散強化鎳粉的透射電鏡照片。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后本領域技術人員可以對本發(fā)明做各種改動或修改，這些等價同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0021]實施例1 !Y2O3彌散相平均粒徑為5nm，成分為1wt.% Y 203_Ni的氧化釔彌散強化鎳粉的制備
[0022]將硝酸鎳、硝酸釔、尿素和葡萄糖按一定比例溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生劇烈氧化還原反應，得到納米N1-Y2O3氧化物前驅體粉末，其中硝酸釔與硝酸鎳的摩爾比為0.058:1,尿素與硝酸鎳的摩爾比0.3:1，葡萄糖與硝酸鎳的摩爾比為1:1 ;將前驅體粉末在300°C下氫氣氣氛中還原2小時，得到Y2O3彌散相平均粒徑為5nm的氧化釔彌散強化鎳粉。
[0023]實施例2:Y203彌散相尺寸為25nm成分為5wt.% Y 203_Ni的氧化釔彌散強化鎳粉的制備
[0024]將硝酸鎳、硝酸釔、甘氨酸和葡萄糖按一定比例溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生劇烈氧化還原反應，得到納米N1-Y2O3氧化物前驅體粉末，其中硝酸釔與硝酸鎳的摩爾比為0.04:1，甘氨酸與硝酸鎳的摩爾比0.5:1，葡萄糖與硝酸鎳的摩爾比為0.5:1 ;將前驅體粉末在500 °C下氫氣氣氛中還原2小時，得到Y2O3彌散相平均粒徑為25nm的氧化釔彌散強化鎳粉。
[0025]實施例3:La203彌散相尺寸為8nm，成分為1wt.% La2O3-Ni的氧化鑭彌散強化镲粉的制備
[0026]將硝酸鎳、硝酸鑭、甘氨酸和檸檬酸按一定比例溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生劇烈氧化還原反應，得到納米N1-La2O3氧化物前驅體粉末，其中硝酸鑭與硝酸鎳的摩爾比為0.027:1，甘氨酸與硝酸鎳的摩爾比0.4:1，檸檬酸與硝酸鎳的摩爾比為0.7:1 ;將前驅體粉末在300 °C下氫氣氣氛中還原2小時，得到La2O3彌散相平均粒徑為8nm的氧化鑭彌散強化鎳粉。
[0027]實施例4:La203彌散相尺寸為17nm，成分為5wt.% La 203_Ni的氧化鑭彌散強化鎳粉的制備
[0028]將硝酸鎳、硝酸鑭、尿素和檸檬酸按一定比例溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生劇烈氧化還原反應，得到納米N1-La2O3氧化物前驅體粉末，其中硝酸鑭與硝酸鎳的摩爾比為0.019:1，尿素與硝酸鎳的摩爾比0.5:1，檸檬酸與硝酸鎳的摩爾比為0.5:1 ;將前驅體粉末在300°C下氫氣氣氛中還原2小時，得到La2O3彌散相平均粒徑為17nm的氧化鑭彌散強化鎳粉。
【主權項】
1.一種納米級氧化物彌散強化鎳基復合粉末的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)前驅體粉末的制備:將硝酸镲、彌散相硝酸鹽、還原劑和和有機添加劑按照一定配比溶入去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應，得到含有氧化鎳和彌散相氧化物的前驅體粉末；其中，還原劑與硝酸鎳的摩爾比為(0.05?I):1 ;有機添加劑與硝酸鎳的摩爾比為(0.2?1.5):1 ; 2)選擇性還原:將前驅體粉末在氫氣或分解氨氣氛中進行選擇性還原，還原溫度為250?700°C，還原時間為0.5?3h，得到納米氧化物彌散強化鎳基復合粉末。2.根據(jù)權利要求1所述的納米級氧化物彌散強化鎳基復合粉末的制備方法，其特征在于步驟I)中的彌散相硝酸鹽為硝酸釔或硝酸鑭，將硝酸鎳和彌散相硝酸鹽分別折合成鎳基體和彌散相的質(zhì)量，目標復合粉末中氧化物彌散相的質(zhì)量分數(shù)為2?20%，鎳基體質(zhì)量分數(shù)為98?80%。3.根據(jù)權利要求1所述的納米級氧化物彌散強化鎳基復合粉末的制備方法，其特征在于步驟I)中還原劑為甘氨酸、尿素中至少一種，有機添加劑為葡萄糖、檸檬酸和PVA中至少一種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種納米級氧化物彌散強化鎳基復合粉末的制備方法，屬于納米復合材料制備領域。具體步驟為：首先將硝酸鎳、彌散相硝酸鹽、還原劑和有機添加劑按照一定比例溶于去離子水，配成溶液，加熱溶液直至發(fā)生氧化還原反應，得到含有氧化鎳和彌散相氧化物的前驅體粉末；然后將得到的前驅體粉末在氫氣或分解氨氣氛中進行選擇性還原，還原溫度為250～700℃，還原時間為0.5～3小時，得到彌散相顆粒細小、分布均勻的納米氧化物彌散強化鎳基復合粉末。該方法制備的復合粉末純度高，顆粒粒徑小，分散性好，產(chǎn)品性能穩(wěn)定；同時該方法原料易得，設備簡單，工藝簡短，能耗低，安全性好，效率高，可規(guī)?；a(chǎn)，為高性能納米級氧化物彌散強化鎳基復合粉末的制備提供了新的思路。
【IPC分類】B22F9/24, C22C19/03, C22C32/00
【公開號】CN104959624
【申請?zhí)枴緾N201510339031
【發(fā)明人】秦明禮, 劉燁, 黃敏, 王炫力, 曲選輝, 章林, 賈寶瑞, 何新波, 張德志
【申請人】北京科技大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月17日