[发明专利]一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

氧化物弥散强化是提高金属材料的强度以及蠕变性能十分有效的手段，机械合金化(MA)是制备氧化物弥散强化材料的主要方法，但这种方法生产效率低、生产成本高、易污染。

针对MA方法出现的问题，目前已经发展出了一系列制备氧化物弥散强化材料的方法。中国专利CN1664145A，公开了一种用化学浸润法制备氧化物弥散强化铁素体合金的方法，采用化学浸润法用Y(NO₃)₃·6H₂O溶液浸润预合金粉末，经过干燥，氢气气氛保护加热使之分解为Y₂O₃，从而得到Y₂O₃弥散强化铁素体型合金粉末，然后进行热致密化制备块体材料。中国专利CN101823154A，公开了一种采用浸润法制备氧化物弥散强化铁粉的方法，提供了一种综合利用化学浸润和高能球磨机械合金化实现氧化物弥散强化铁粉的方法。中国专利CN201110154483.7，公开了一种纳米氧化钇颗粒弥散强化铁素体合金钢粉末的制备方法，先将乙二胺四乙酸和硝酸铬加入水中，于50～60℃下搅拌至少12h，得到混合液，再向混合液中加入柠檬酸、硝酸铁、仲钨酸铵、硝酸钇和钛酸四丁酯，并于60～70℃下搅拌至少3h，得溶胶；然后，先向溶胶中加入聚乙二醇，并于70～80℃下搅拌至形成凝胶；最后，先依次将凝胶置于100～120℃下干燥至少12h、300～600℃下焙烧4～5h，得前驱体氧化物粉末，再将其置于还原气氛中，于1100～1300℃下煅烧至少3h，制得纳米氧化钇颗粒弥散强化铁素体合金钢粉末。

这些方法在一定程度上降低了机械合金化易污染的缺点，但需要控制化学反应，工艺复杂，操作不便。同时，化学制粉方法的原料成本、工艺成本高，采用大量化学试剂会引入杂质残留和污染。

超声分散技术一般应用于胶体体系中纳米颗粒的分散与均匀化。纳米氧化物颗粒在液体中易形成胶体，而微米尺寸金属粉末颗粒较大，无法在溶液中形成胶体。直接利用超声均匀分散纳米氧化物颗粒胶体中的金属粉末时，由于金属粉末颗粒存在粒度大小的差别，当将金属粉末加入超声波分散的纳米氧化物颗粒胶体溶液时，大颗粒的金属粉体会不断吸附纳米氧化物颗粒，导致出现纳米氧化物颗粒分布不均匀的情况。前期加入的大颗粒金属基粉末会大量吸收纳米氧化物颗粒，而后进入的铁粉大颗粒则只会吸附剩余的少量纳米氧化物颗粒，进一步增加了纳米氧化物颗粒分布的不均匀性。因此，直接利用超声均匀分散金属粉末与纳米氧化物颗粒并使纳米氧化物颗粒均匀附着在金属粉体上是存在困难的。

发明内容

本发明针对现有机械合金化与化学法制备氧化物弥散强化铁基材料存在易污染、控制过程复杂、氧化物易团聚等问题，提供一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法。

本发明一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法，包括以下步骤：

将纳米氧化物粉末放入醇液中，超声分散均匀，得到悬浊液后，在超声分散条件下，将铁基粉末从悬浊液的底部逐步送入悬浊液中，直至铁基粉末与液面平行；然后干燥得到混合粉末；最后，将混合粉末压制成形、烧结得到铁基材料。

本发明一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法，所述纳米氧化物粉末为TiO₂或Y₂O₃；其粒度小于等于50nm。

本发明一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法，所述悬浊液中，纳米氧化物颗粒浓度为17g/L～73g/L；优选为17-50g/L，进一步优选为17.5-45g/L。

本发明一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法，超声分散采用的超声波频率为20-40kHz。

本发明一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法，所述铁基粉末的粒度小于等于150μm，优选为小于等于75μm。

本发明一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法，所述铁基粉末与纳米氧化物粉末的质量比为99.7：0.3～99:1。

本发明一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法，所述醇液选自无水乙醇、无水甲醇、无水丙醇等液态醇中的一种。为了防止铁粉表面氧化，同时利于干燥、回收再利用，本发明选用常用的无水醇溶液。

本发明一种采用超声波分散法制备弥散强化铁基材料的方法，悬浊液在加入铁基粉末前，超声振荡15-25min，使纳米氧化物粉末分散均匀。