[发明专利]一种溶液法制备γ′相强化钴基ODS合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属弥散强化技术领域，特别提供了一种溶液法制备γ′相强化钴基氧化物弥散强化（Oxide Dispersion Strengthening, 简称ODS）合金的方法。

背景技术

γ′相强化钴基ODS合金是一种新型高温结构材料，它将γ′相析出强化和氧化物弥散强化两种机制相结合以提高钴基合金的中温（700~900℃）强度和高温（≥1000℃）强度。在钴基体中添加适量Al、W元素形成的L1₂结构γ′[Co₃(Al,W)]相具有较高的热稳定性，而且能够通过添加Ni、Ta和Ge等合金元素来进一步提高γ′相的稳定性。γ′相在600~800℃的温度区间内使钴基合金出现反常强化现象（即屈服强度随着温度的升高反而升高），从而有效提高了钴基合金的中温强度。纳米氧化物颗粒是钴基ODS合金中的另一个重要的强化相，弥散强化的效果主要与氧化物颗粒的粒径和颗粒之间的平均间距有关。设法获得细小、均匀分布的氧化物颗粒是提高钴基ODS合金性能的先决条件。

钴基ODS合金中引入γ′相和氧化物弥散相的方法主要是高能球磨。中国专利申请号为201010513441.3公开了一种高能球磨法制备钴基ODS合金的方法，它以外部添加的Y₂O₃作为弥散相，仅依靠机械研磨来分散氧化物。由于粉末不可避免要部分粘附在球磨罐内壁，很难使氧化物颗粒达到充分细化和均匀分散，高能球磨工艺耗时耗能，不适合低成本、工业化生产。中国专利申请号为201010512712.3公开了一种机械化学反应法制备钴基ODS合金的方法，它以键能较低的YH₂和Co₂O₃为原料，利用二组元之间的机械化学反应原位生成Y₂O₃增强相，在一定程度上提高了氧化物的分散效果，但是同样存在容易引入杂质而使疲劳性能降低的问题，也不适合大批量生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶液法制备由γ′相和氧化物共强化的钴基ODS合金的方法。首先采用溶液法制备出由细小、均匀分散的氧化物掺杂的钴基合金粉末，然后经过成形和烧结得到钴基ODS合金，并结合热处理工艺优化γ′相的析出，达到进一步拓展高温力学性能的目的，进而形成一种低成本、适于工业化生产高性能钴基ODS合金的方法。

溶液法制备γ′相强化钴基ODS合金的工艺流程如图1所示。首先采用溶液法制备出Y₂O₃、HfO₂、Al₂O₃、Co₂O₃、Ni₂O₃和WO₃与有机碳源均匀混合的前驱体粉末，然后将前驱体粉末在马弗炉中进行煅烧，并在氢气或分解氨气氛中进行还原。易还原的Co₂O₃、Ni₂O₃和WO₃被还原为Co、Ni和W混合的基体粉末，而不能还原的Y₂O₃、HfO₂和Al₂O₃保留下来充当强化相，从而得到氧化物掺杂钴基合金粉末。氧化物掺杂钴基合金粉末进行烧结、固溶处理和时效处理后就得到了γ′相强化钴基ODS合金，具体工艺步骤有：

合金成分设计：将分析纯基体金属盐、氧化物形成盐、氧化剂、燃料和络合剂按成分配比称量，溶于少量去离子水中，搅拌均匀，得到混合溶液；其中，基体金属盐及氧化物形成盐中金属离子Co²⁺、Ni²⁺、W⁴⁺、Y³⁺和Hf⁴⁺的摩尔比为1 : (0.64~2.18) : (0.14~0.33) : (0.003~0.02) : (0~0.03)；基体金属盐及氧化物形成盐中金属离子与氧化剂的摩尔比为1 : (0.8~2)；氧化剂与燃料的摩尔比为1 : (0.3~1.5)；氧化剂与络合剂的摩尔比为1: (0.5~2)。