CN114921714A - 一种y2o3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法 - Google Patents

一种y2o3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114921714A
CN114921714A CN202210631246.3A CN202210631246A CN114921714A CN 114921714 A CN114921714 A CN 114921714A CN 202210631246 A CN202210631246 A CN 202210631246A CN 114921714 A CN114921714 A CN 114921714A
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel
preparation
oxide
nano
dispersion strengthened
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210631246.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114921714B (zh
Inventor
王英敏
米少波
羌建兵
冯凯霖
张骏峰
魏明玉
陈旭洲
房灿峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Ji Hua Laboratory
Original Assignee
Dalian University of Technology
Ji Hua Laboratory
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology, Ji Hua Laboratory filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN202210631246.3A priority Critical patent/CN114921714B/zh
Publication of CN114921714A publication Critical patent/CN114921714A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114921714B publication Critical patent/CN114921714B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys
    • C22C33/04—Making ferrous alloys by melting
    • C22C33/06—Making ferrous alloys by melting using master alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/06—Metallic powder characterised by the shape of the particles
    • B22F1/065—Spherical particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/07—Metallic powder characterised by particles having a nanoscale microstructure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/08—Metallic powder characterised by particles having an amorphous microstructure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/002—Making metallic powder or suspensions thereof amorphous or microcrystalline
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
    • C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
    • C22C32/0026—Matrix based on Ni, Co, Cr or alloys thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法，首先，采用感应熔炼结合熔体雾化技术，制备与基体合金熔体润湿性好、比重接近的氧化物‑非晶复合粉体作为中间材料；然后，根据目标ODS钢的组织与成分构成需要，选择含有特定大小和含量Y2O3粒子的预制氧化物‑非晶复合粉体，将其与FeCrAl基体钢的组元金属一起作为原料，配置目标合金；最后，结合感应熔炼技术熔铸制备公斤级Y2O3纳米颗粒弥散强化钢。本发明能够避免熔炼时氧化物粉末漂浮；基于此，成功实现组织均匀性良好的公斤级ODS‑FeCrAl钢熔铸法制备；该制备方法成本低、重复性好，且氧化物颗粒增强体的大小与含量等均可有效调控；整体工艺过程简单、高效、可控，易于实施工业化规模生产。

Description

一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法
技术领域：
本发明属于金属基复合材料制备领域，涉及一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢及其熔铸制备方法。
背景技术：
氧化物弥散强化钢(ODS钢)的基体中均匀、弥散分布着具有高热稳定性和化学稳定性的纳米氧化物颗粒。钢基体中超细的纳米氧化物粒子和位错相互作用，能够显著提高钢的高温蠕变性能；同时，大量的纳米晶界可作为缺陷沉积槽，捕获和容留辐照造成的点缺陷。Y2O3颗粒是一种惰性稀土氧化物，熔点高达2703K，且具有大的中子吸收截面。在高温、辐照环境服役过程中，弥散Y2O3粒子能有效阻止氦原子聚集、形成氦泡，防止钢的组织和性能劣化。因此，Y2O3弥散强化钢是目前核能、航空航天发动机等能源与载运工程领域备受关注的一类重要ODS钢材料。
目前，Y2O3弥散强化钢的氧化物弥散组织只能通过粉末冶金法制备(例如机械合金化法，专利CN101328562A)。制备工艺包括钢基体元素与Y2O3粉末的混合球磨、烧结(热等静压、热压或放电等离子体等)、热轧和热处理等工艺。该方法能有效地控制Y2O3粒子的尺寸、数目密度和分布，获得具有高蠕变抗力的Y2O3弥散强化组织。但是，Y2O3弥散强化钢的粉末冶金制备方法工艺链条环节多，参数复杂，而且生产周期长，效率低，规模化生产困难。另一方面，该方法存在杂质污染，烧结体晶界处经常生成脆性相等，这些是粉末冶金方法内禀的工艺缺陷和问题，在随后的热机械加工和热处理过程中难以有效消除，从而严重劣化ODS钢的性能。
钢的熔铸制备是成熟的工业规模化生产技术。长期以来，人们试图通过熔铸法来实现ODS钢的制备，但一直未获成功。其中一个主要原因是氧化物与基体合金熔体间的润湿性差、比重差别大，熔炼时发生氧化物颗粒的偏聚与上浮，导致ODS钢的组织控制困难，难以得到氧化物弥散分布的均匀组织。
发明内容
基于Y2O3颗粒弥散强化钢的制备技术发展现状，本发明要解决的技术问题是：克服(1)Y2O3氧化物粒子与基体合金熔体的润湿性差和密度差别大等问题，开发出一种工艺简单、易于实现规模化生产的ODS钢熔铸制备方法，以解决当前粉末冶金法制备ODS钢中存在的(2)工序复杂、周期长、可控性差，以及(3)合金杂质污染、性能劣化等问题，为ODS钢的规模化制备提供一种新的途径和方案。
针对上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢的制备方法，首先，采用感应熔炼结合熔体雾化技术，制备与基体合金熔体润湿性好、比重接近的氧化物-非晶复合粉体作为中间材料；然后，根据目标ODS钢的组织与成分构成需要，选择含有特定大小和含量Y2O3粒子的预制氧化物-非晶复合粉体，将其与FeCrAl基体钢的组元金属一起作为原料，配置目标合金；最后，结合感应熔炼技术，熔铸制备所需的公斤级Y2O3纳米颗粒弥散强化钢。具体包括以下步骤：
第一步，制备Y2O3-非晶复合粉体。以Y、Fe、Al和Fe2O3为原料配制合金，在低真空下通过感应熔炼结合熔体雾化技术，获得组织均匀性好的、含有不同大小和含量Y2O3颗粒的氧化物-非晶复合粉体，作为中间材料。具体步骤如下：
1.1)根据ODS钢制备的实际需要，确定Y2O3-非晶复合粉体的成分配比，其原子百分比成分通式为(YaFe90-aAl10)100-bOb，原子百分比成分，包括Y、Fe、Al和O元素，其中a和b取值分别为35≤a≤60，4≤b≤20。
1.2)以Y、Fe、Al和Fe2O3为原料配制合金，将配置好的原料混合后置于雾化炉的坩埚内，然后抽真空至1～10Pa，充入0.01～0.10MPa工业纯Ar气进行感应熔炼：在加热至1000～1500℃，保温2～10min，反应形成Y2O3氧化物，获得氧化物均匀分布的Y-Fe-Al合金熔体。随后通过熔体雾化技术将其喷出冷却，得到球形粉体材料。
采用扫描电镜，并结合X射线衍射仪与透射电镜技术表征粉体形态与结构。结果表明：所得球形粉体的基体为Y-Fe-Al非晶，其上均匀分布着Y2O3氧化物粒子。氧化物粒子的大小与含量可控，粒子大小可在10～100nm，体积分数可在5％～20％之间变化。
第二步，公斤级ODS钢的熔铸制备。具体步骤如下：
2.1)选择Fe-13Cr-4.5Al-0.15Y(质量百分比)作为FeCrAl基体钢成分。采用第一步制得的氧化物-非晶复合粉体(提供Y2O3)和工业纯Fe、Cr、Al和Y为原料，根据目标ODS钢的设计需要，配置目标合金，其成分范围为FeCrAl-0.1～2wt％Y2O3合金料，其中FeCrAl代表基体成分，0.1～2wt％Y2O3代表氧化物添加量。
2.2)将原料混合后置于感应熔炼炉的坩埚内，抽真空至1～10Pa，充入0.01～0.08MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，感应熔炼功率为20～40kW，熔炼温度为1600-1800℃，熔炼20～40min后随炉冷却，最终获得公斤级钢锭。
组织结构表征结果表明：所制备的公斤级ODS-FeCrAl钢中有不同体积分数和大小的纳米Y2O3粒子均匀、弥散地分布在钢基体上，材料的成分、组织均匀性良好。
进一步的，所述的Y2O3-非晶复合粉体的组织特征为：以Fe-Y-Al非晶为基体，其上弥散分布着Y2O3颗粒，氧化物粒子大小可控制在10～100nm，体积分数可在5％～30％之间变化。
进一步的，第一步所述熔体雾化技术中，雾化气体喷压为5～10MPa，导流杆喷嘴孔径为2～5mm。
一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢，采用上述制备方法得到。
本发明的有益效果是：
本发明采用特制的氧化物-非晶复合粉体，获得了与钢基体熔体润湿性好、比重接近的氧化物载体原料，能够避免熔炼时氧化物粉末漂浮；基于此，成功实现了组织均匀性良好的公斤级ODS-FeCrAl钢熔铸法制备。该制备方法成本低、重复性好，且氧化物颗粒增强体的大小与含量等均可有效调控；整体工艺过程简单、高效、可控，易于实施工业化规模生产。
附图说明
图1为实施例1中成分为(Y60Fe30Al10)94O6的Y2O3-非晶复合粉体外观形貌(扫描电镜二次电子像)。
图2为实施例1中成分为(Y60Fe30Al10)94O6的Y2O3-非晶复合粉体的X射线衍射图。
图3为实施例1制得的公斤级FeCrAl-0.5wt％Y2O3钢的典型组织(透射电镜明场像)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。
实施案例1 FeCrAl-0.5wt％Y2O3钢
步骤一、(Y60Fe30Al10)94O6氧化物-非晶粉体的制备
采用工业纯Y(＞99.9％)、Fe(＞99.95％)、Al(99.95％)、Fe2O3(99.9％)为原料，称量、配制原子百分比成分为(Y60Fe30Al10)94O6的合金。将原料混合后置于雾化炉的坩埚内，然后抽真空至10Pa，充入0.1MPa的工业纯Ar气进行熔炼，感应熔炼加热温度1000℃，保温时间5min左右；之后进行雾化处理，采用氮气作为雾化气体，雾化气压为5MPa，导流杆喷嘴孔径为5mm，得到球形粉末。通过扫描电镜对粉末样品进行观察，可知粉体外形呈球状，粉体直径在20～100μm左右(图1)；表明该氧化物-非晶复合粉体样品的XRD衍射图谱具有典型的非晶态结构漫散包特征，其上分布着cI80型Y2O3氧化物晶体相的明锐衍射峰(图2)。
步骤二、FeCrAl-0.5wt％Y2O3钢的制备(5kg)
选择Fe-13Cr-4.5Al-0.15Y(质量百分比)作为FeCrAl基体钢成分。以步骤一中获得的氧化物-非晶复合粉体(Y60Fe30Al10)94O6和工业纯Fe(99.95％)、Cr(99.95％)、Al(99.95％)、Y(99.9％)为原料，配置重5kg、成分为FeCrAl-0.5wt％Y2O3的合金；将原料混合后放入感应坩埚中，抽真空到5Pa左右，充入0.03MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，感应熔炼功率为25kW，熔炼温度为1650℃，熔炼25min后随炉冷却，获得5公斤的钢锭。
该钢锭的透射电镜表征分析表明：钢基体上均匀、弥散分布着大小为50～100nm球状氧化物粒子，钢锭的组织均匀性良好(图3)。
实施案例2 FeCrAl-0.1wt％Y2O3钢
步骤一、(Y35Fe55Al10)96O4氧化物-非晶粉体的制备
采用工业纯Y(＞99.9％)、Fe(＞99.95％)、Al(99.95％)、Fe2O3(99.9％)为原料，称量、配制原子百分比成分为(Y35Fe55Al10)96O4的合金。将原料混合后置于雾化炉的坩埚内，然后抽真空至1Pa，充入0.01MPa的工业纯Ar气进行熔炼，感应熔炼加热温度1500℃，保温时间2min左右；之后进行雾化处理，采用氮气作为雾化气体，雾化气体压力为10MPa，导流杆喷嘴孔径为5mm，得到球形合金粉末。通过扫描电镜对合金粉末进行观察，可知粉体外形呈球状，粉体直径在20～90μm左右；表明该氧化物-非晶复合粉体样品的XRD衍射图谱具有典型的非晶态结构漫散包特征，其上分布着cI80型Y2O3氧化物晶体相的明锐衍射峰。
步骤二、FeCrAl-0.1wt％Y2O3钢的制备(10kg)
选择Fe-13Cr-4.5Al-0.15Y(质量百分比)作为FeCrAl基体钢成分。以步骤一中获得的氧化物-非晶复合粉体(Y35Fe55Al10)96O4和工业纯Fe(99.95％)、Cr(99.95％)、Al(99.95％)、Y(99.9％)为原料，配置重10kg、成分为FeCrAl-0.1wt％Y2O3合金料，将原料混合后放入感应坩埚中，抽真空到1Pa左右，充入0.01MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，感应熔炼功率为40kW，熔炼温度为1800℃，熔炼20min后随炉冷却，获得10公斤的钢锭。
该钢锭的透射电镜表征分析表明：钢基体上均匀、弥散分布着大小为10～20nm球状氧化物粒子，钢锭的组织均匀性良好。
实施案例3 FeCrAl-1wt％Y2O3钢的熔铸
步骤一、(Y50Fe40Al10)90O10氧化物-非晶粉体的制备
采用工业纯Y(＞99.9％)、Fe(＞99.95％)、Al(99.95％)、Fe2O3(99.9％)为原料，称量、配制原子百分比成分为(Y50Fe40Al10)90O10的合金。将原料混合后置于雾化炉的坩埚内，然后抽真空至8Pa，充入0.09MPa的工业纯Ar气进行熔炼，感应熔炼加热温度1100℃，保温时间7min左右；之后进行雾化处理，采用氮气作为雾化气体，雾化气体压力为8MPa，导流杆喷嘴孔径为2mm，得到球形合金粉末。通过扫描电镜对粉末样品进行观察，可知粉体外形呈球状，粉体直径在10～40μm左右；表明该氧化物-非晶复合粉体样品的XRD衍射图谱具有典型的非晶态结构漫散包特征，其上分布着cI80型Y2O3氧化物晶体相的明锐衍射峰。
步骤二、FeCrAl-1wt％Y2O3钢的制备(5kg)
选择Fe-13Cr-4.5Al-0.15Y(质量百分比)作为FeCrAl基体钢成分。以步骤一中获得的氧化物-非晶复合粉体(Y50Fe40Al10)90O10和工业纯Fe(99.95％)、Cr(99.95％)、Al(99.95％)、Y(99.9％)为原料，配置重5kg、成分为FeCrAl-1wt％Y2O3的合金；将原料混合后放入感应坩埚中，抽真空到10Pa左右，充入0.01～0.08MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，感应熔炼功率为30kW，熔炼温度为1650℃，熔炼30min后随炉冷却，获得5公斤的钢锭。
该钢锭的透射电镜表征分析表明：钢基体上均匀、弥散分布着大小为60～70nm球状氧化物粒子，钢锭的组织均匀性良好。
实施案例4 FeCrAl-2wt％Y2O3钢的熔铸
步骤一、(Y60Fe30Al10)80O20氧化物-非晶粉体的制备
采用工业纯Y(＞99.9％)、Fe(＞99.95％)、Al(99.95％)、Fe2O3(99.9％)为原料，称量、配制原子百分比成分为(Y60Fe30Al10)80O20的合金。将原料混合后置于雾化炉的坩埚内，然后抽真空至10Pa，充入0.1MPa的工业纯Ar气进行熔炼，感应熔炼加热温度1000℃，保温时间10min左右；之后进行雾化处理，采用氮气作为雾化气体，雾化气体压力为10MPa，导流杆喷嘴孔径为2mm，得到球形合金粉末。通过扫描电镜对粉末样品进行观察，可知粉体外形呈球状，粉体直径在10～30μm左右；表明该氧化物-非晶复合粉体样品的XRD衍射图谱具有典型的非晶态结构漫散包特征，其上分布着cI80型Y2O3氧化物晶体相的明锐衍射峰。
步骤二、FeCrAl-2wt％Y2O3钢的制备(5kg)
选择Fe-13Cr-4.5Al-0.15Y(质量百分比)作为FeCrAl基体钢成分。以步骤一中获得的氧化物-非晶复合粉体(Y60Fe30Al10)80O20和工业纯Fe(99.95％)、Cr(99.95％)、Al(99.95％)、Y(99.9％)为原料，配置重5kg、成分为FeCrAl-2wt％Y2O3的合金；将原料混合后放入感应坩埚中，抽真空到10Pa左右，充入0.08MPa的工业纯Ar气氛进行熔炼，感应熔炼功率为20kW，熔炼温度为1600℃，熔炼40min后随炉冷却，获得5公斤的钢锭。
该钢锭的透射电镜表征分析表明：钢基体上均匀、弥散分布着大小为80～100nm球状氧化物粒子，钢锭的组织均匀性良好。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，制备Y2O3-非晶复合粉体；以Y、Fe、Al和Fe2O3为原料配制合金，在低真空下通过感应熔炼结合熔体雾化技术，获得组织均匀性好的、含有不同大小和含量Y2O3颗粒的氧化物-非晶复合粉体，作为中间材料；
1.1)根据ODS钢制备的实际需要，确定Y2O3-非晶复合粉体的成分配比，其原子百分比成分通式为(YaFe90-aAl10)100-bOb，原子百分比成分，包括Y、Fe、Al和O元素，其中a和b取值分别为35≤a≤60，4≤b≤20；
1.2)以Y、Fe、Al和Fe2O3为原料配制合金，将配置好的原料混合后置于雾化炉的坩埚内，抽真空并充入工业纯Ar气进行感应熔炼，反应形成Y2O3氧化物，获得氧化物均匀分布的Y-Fe-Al合金熔体；随后通过熔体雾化技术将其喷出冷却，得到球形粉体材料；
第二步，公斤级ODS钢的熔铸制备；
2.1)按质量百分比选择Fe-13Cr-4.5Al-0.15Y，作为FeCrAl基体钢成分；采用第一步制得的氧化物-非晶复合粉体和工业纯Fe、Cr、Al和Y为原料，根据目标ODS钢的设计需要，配置目标合金，其成分范围为FeCrAl-0.1～2wt％Y2O3合金料，其中FeCrAl代表基体成分，0.1～2wt％Y2O3代表氧化物添加量；
2.2)将原料混合后置于感应熔炼炉的坩埚内，抽真空并充入工业纯Ar气氛进行感应熔炼，随炉冷却，最终获得公斤级钢锭。
2.根据权利要求1所述的一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢的制备方法，其特征在于，所述的Y2O3-非晶复合粉体的组织特征为：以Fe-Y-Al非晶为基体，基体为球形体，其上均匀分布着Y2O3颗粒，氧化物粒子大小可控制在10～100nm，体积分数可在5％～30％之间变化。
3.根据权利要求1所述的一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢的制备方法，其特征在于，第一步中，所述的感应熔炼温度为1000～1500℃，时间为2～10min。
4.根据权利要求1所述的一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢的制备方法，其特征在于，第一步中，所述的熔体雾化技术中，雾化气体喷压为5～10MPa，导流杆喷嘴孔径为2～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢的制备方法，其特征在于，第一步中，所述的抽真空至1～10Pa，充入0.01～0.10MPa工业纯Ar气。
6.根据权利要求1所述的一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢的制备方法，其特征在于，第二步中，所述的感应熔炼功率为20～40kW，熔炼温度为1600-1800℃，熔炼时间为20～40min。
7.根据权利要求1所述的一种Y2O3纳米颗粒弥散强化钢的制备方法，其特征在于，第二步中，所述的抽真空至1～10Pa，充入0.01～0.08MPa的工业纯Ar气。
8.一种采用权利要求1-7任一所述的制备方法得到的Y2O3纳米颗粒弥散强化钢，其特征在于，所述步骤2.2)得到的公斤级钢锭中有不同体积分数和大小的纳米Y2O3粒子均匀、弥散地分布在钢基体上。
CN202210631246.3A 2022-06-06 2022-06-06 一种y2o3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法 Active CN114921714B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210631246.3A CN114921714B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种y2o3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210631246.3A CN114921714B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种y2o3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114921714A true CN114921714A (zh) 2022-08-19
CN114921714B CN114921714B (zh) 2022-10-14

Family

ID=82813247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210631246.3A Active CN114921714B (zh) 2022-06-06 2022-06-06 一种y2o3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114921714B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102248171A (zh) * 2011-07-12 2011-11-23 中南大学 氧过饱和铁基合金粉末的气体雾化制备方法
US8609187B1 (en) * 2011-12-27 2013-12-17 U.S. Department Of Energy Method of producing an oxide dispersion strengthened coating and micro-channels
CN108907209A (zh) * 2018-07-27 2018-11-30 中南大学 一种氧化物弥散强化铁基合金粉末及其表征方法
CN108950357A (zh) * 2018-07-27 2018-12-07 中南大学 一种多尺度多相弥散强化铁基合金及其制备和表征方法
CN109182882A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 中国科学院金属研究所 一种高强度氧化物弥散强化Fe基合金的制备方法
US20190144962A1 (en) * 2017-11-13 2019-05-16 University Of Science And Technology Beijing Method for preparing oxide dispersion strengthening f/m steel using smelting and casting process
CN110863153A (zh) * 2019-12-05 2020-03-06 中国核动力研究设计院 一种先进核燃料元件包壳用FeCrAl基ODS合金材料的制备方法
CN111020346A (zh) * 2019-12-05 2020-04-17 中国核动力研究设计院 一种核反应堆用FeCrAl基ODS合金材料的制备方法
CN111057958A (zh) * 2019-12-22 2020-04-24 中国科学院金属研究所 一种耐腐蚀、抗辐照、高强度的超级ods钢及制备方法
CN112831733A (zh) * 2021-01-06 2021-05-25 大连理工大学 一种非晶包覆y2o3复合材料及其粉体制备方法
WO2022077882A1 (zh) * 2020-10-14 2022-04-21 中南大学 一种制备纳米球形氧化物弥散强化相的方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102248171A (zh) * 2011-07-12 2011-11-23 中南大学 氧过饱和铁基合金粉末的气体雾化制备方法
US8609187B1 (en) * 2011-12-27 2013-12-17 U.S. Department Of Energy Method of producing an oxide dispersion strengthened coating and micro-channels
US20190144962A1 (en) * 2017-11-13 2019-05-16 University Of Science And Technology Beijing Method for preparing oxide dispersion strengthening f/m steel using smelting and casting process
US20210147965A1 (en) * 2018-07-27 2021-05-20 Central South University Oxide dispersion-strengthened iron-based alloy powder and characterization method thereof
CN108950357A (zh) * 2018-07-27 2018-12-07 中南大学 一种多尺度多相弥散强化铁基合金及其制备和表征方法
CN108907209A (zh) * 2018-07-27 2018-11-30 中南大学 一种氧化物弥散强化铁基合金粉末及其表征方法
US20210178469A1 (en) * 2018-07-27 2021-06-17 Central South University Multi-scale and multi-phase dispersion strengthened iron-based alloy, and preparation and characterization methods thereof
CN109182882A (zh) * 2018-09-30 2019-01-11 中国科学院金属研究所 一种高强度氧化物弥散强化Fe基合金的制备方法
CN110863153A (zh) * 2019-12-05 2020-03-06 中国核动力研究设计院 一种先进核燃料元件包壳用FeCrAl基ODS合金材料的制备方法
CN111020346A (zh) * 2019-12-05 2020-04-17 中国核动力研究设计院 一种核反应堆用FeCrAl基ODS合金材料的制备方法
CN111057958A (zh) * 2019-12-22 2020-04-24 中国科学院金属研究所 一种耐腐蚀、抗辐照、高强度的超级ods钢及制备方法
WO2022077882A1 (zh) * 2020-10-14 2022-04-21 中南大学 一种制备纳米球形氧化物弥散强化相的方法
CN112831733A (zh) * 2021-01-06 2021-05-25 大连理工大学 一种非晶包覆y2o3复合材料及其粉体制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
I. HILGER等: ""The structural changes of Y2O3 inferritic ODS alloys during milling"", 《JOURNAL OF NUCLEAR MATERIALS》 *
吴开霞: ""添加纳米Y2O3的ODS-HT9钢的"", 《核动力工程》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114921714B (zh) 2022-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107363262B (zh) 一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用
CN108421985B (zh) 一种制备氧化物弥散强化中熵合金的方法
CN109332695B (zh) 一种增强抗氧化性钼基合金的选区激光熔化制备方法
CN109175391B (zh) 一种原位合成纳米氧化物颗粒弥散强化合金的方法
CN107841672B (zh) 含Re的高密度ReWTaMoNbx高熵合金材料及制备方法
CN112831733B (zh) 一种非晶包覆y2o3复合材料及其粉体制备方法
CN107971499A (zh) 制备球形钛铝基合金粉末的方法
CN112453413B (zh) 一种3d打印用氧化物弥散强化钢球形粉体的制备方法
CN1958817A (zh) 一种利用放电等离子烧结制备高铌钛铝合金材料的方法
CN114525451B (zh) 一种屏蔽型非等原子比高熵合金钢及其制备方法
CN109332717B (zh) 一种球形钼钛锆合金粉末的制备方法
CN107952966A (zh) 球形钛铝基合金粉末的制备方法
CN114367669B (zh) 一种3D打印用TaW10合金球形粉末的制备方法
CN111014651A (zh) 一种用于700~750℃的短纤维增强高温钛合金粉末及其制备
CN103111623B (zh) 一种制备纳米晶Nb-W-Mo-Zr合金粉末的方法
CN113186444A (zh) 纳米氧化物和碳化物弥散强化低活化钢及制备方法和应用
CN114921714B (zh) 一种y2o3纳米颗粒弥散强化钢及其制备方法
CN114921673B (zh) 一种纳米氧化物颗粒弥散强化铜及其制备方法
CN112705717A (zh) 原位生成氮化物增强高熵合金基粉体材料的制备方法
CN115404386B (zh) 一种高硬度低中子吸收截面的高熵合金材料及其制备方法
CN113136516B (zh) 一种兼具固溶和弥散强化的钨基材料及其制备方法
CN112387976B (zh) 一种燃料电池用易活化RE-Ti-Fe合金及其制备方法
CN114985749B (zh) 一种可用于ods-w合金的氧化物-非晶复合粉体及其制备方法
KR102008721B1 (ko) 고 내산화성 및 내식성이 우수한 Cr-Al 이원계 합금 분말 제조 방법, Cr-Al 이원계 합금 분말, Cr-Al 이원계 합금 PVD 타겟 제조 방법 및 Cr-Al 이원계 합금 PVD 타겟
CN115323244B (zh) 一种高熵合金材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant