一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，屬于粉末冶金技術領域。
【背景技術】
[0002]氧化物彌散強化是提高金屬材料的強度以及蠕變性能十分有效的手段，機械合金化(MA)是制備氧化物彌散強化材料的主要方法，但這種方法生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高、易污染。
[0003]針對MA方法出現(xiàn)的問題，目前已經(jīng)發(fā)展出了一系列制備氧化物彌散強化材料的方法。中國專利CN1664145A，公開了一種用化學浸潤法制備氧化物彌散強化鐵素體合金的方法，采用化學浸潤法用Y (NO3) 3.6H20溶液浸潤預合金粉末，經(jīng)過干燥，氫氣氣氛保護加熱使之分解為Y2O3,從而得到Y2O3彌散強化鐵素體型合金粉末，然后進行熱致密化制備塊體材料。中國專利CN101823154A，公開了一種采用浸潤法制備氧化物彌散強化鐵粉的方法，提供了一種綜合利用化學浸潤和高能球磨機械合金化實現(xiàn)氧化物彌散強化鐵粉的方法。中國專利CN201110154483.7，公開了一種納米氧化釔顆粒彌散強化鐵素體合金鋼粉末的制備方法，先將乙二胺四乙酸和硝酸鉻加入水中，于50?60°C下攪拌至少12h，得到混合液，再向混合液中加入檸檬酸、硝酸鐵、仲鎢酸銨、硝酸釔和鈦酸四丁酯，并于60?70°C下攪拌至少3h，得溶膠；然后，先向溶膠中加入聚乙二醇，并于70?80°C下攪拌至形成凝膠；最后，先依次將凝膠置于100?120°C下干燥至少12h、300?600°C下焙燒4?5h，得前驅(qū)體氧化物粉末，再將其置于還原氣氛中，于1100?1300°C下煅燒至少3h，制得納米氧化釔顆粒彌散強化鐵素體合金鋼粉末。
[0004]這些方法在一定程度上降低了機械合金化易污染的缺點，但需要控制化學反應，工藝復雜，操作不便。同時，化學制粉方法的原料成本、工藝成本高，采用大量化學試劑會引入雜質(zhì)殘留和污染。
[0005]超聲分散技術一般應用于膠體體系中納米顆粒的分散與均勻化。納米氧化物顆粒在液體中易形成膠體，而微米尺寸金屬粉末顆粒較大，無法在溶液中形成膠體。直接利用超聲均勻分散納米氧化物顆粒膠體中的金屬粉末時，由于金屬粉末顆粒存在粒度大小的差另O，當將金屬粉末加入超聲波分散的納米氧化物顆粒膠體溶液時，大顆粒的金屬粉體會不斷吸附納米氧化物顆粒，導致出現(xiàn)納米氧化物顆粒分布不均勻的情況。前期加入的大顆粒金屬基粉末會大量吸收納米氧化物顆粒，而后進入的鐵粉大顆粒則只會吸附剩余的少量納米氧化物顆粒，進一步增加了納米氧化物顆粒分布的不均勻性。因此，直接利用超聲均勻分散金屬粉末與納米氧化物顆粒并使納米氧化物顆粒均勻附著在金屬粉體上是存在困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有機械合金化與化學法制備氧化物彌散強化鐵基材料存在易污染、控制過程復雜、氧化物易團聚等問題，提供一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法。
[0007]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，包括以下步驟:
[0008]將納米氧化物粉末放入醇液中，超聲分散均勻，得到懸濁液后，在超聲分散條件下，將鐵基粉末從懸濁液的底部逐步送入懸濁液中，直至鐵基粉末與液面平行；然后干燥得到混合粉末；最后，將混合粉末壓制成形、燒結得到鐵基材料。
[0009]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所述納米氧化物粉末為打02或Y 203;其粒度小于等于50nm。
[0010]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所述懸濁液中，納米氧化物顆粒濃度為17g/L?73g/L ;優(yōu)選為17-50g/L，進一步優(yōu)選為17.5_45g/L。
[0011]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，超聲分散采用的超聲波頻率為20-40kHz。
[0012]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所述鐵基粉末的粒度小于等于150 μ m，優(yōu)選為小于等于75 μ m。
[0013]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所述鐵基粉末與納米氧化物粉末的質(zhì)量比為99.7:0.3?99:1。
[0014]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所述醇液選自無水乙醇、無水甲醇、無水丙醇等液態(tài)醇中的一種。為了防止鐵粉表面氧化，同時利于干燥、回收再利用，本發(fā)明選用常用的無水醇溶液。
[0015]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，懸濁液在加入鐵基粉末前，超聲振蕩15-25min，使納米氧化物粉末分散均勻。
[0016]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所述鐵基粉末從懸濁液的底部逐層送入懸濁液中，直至鐵基粉末與液面平行。
[0017]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，在添加鐵基粉末的過程中，采用逐層攤鋪與超聲波的協(xié)同作用，確保液體中的納米氧化物不會由于鐵粉顆粒的大小差異而發(fā)生團聚或絮凝。
[0018]本發(fā)明在送粉過程中，應當保持超聲波的頻率和功率，使得超聲波的聲能密度產(chǎn)生充分的空化效應，以達到最佳的分散效果。
[0019]本發(fā)明在送粉過程中，懸濁液的溫度為室溫。
[0020]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，在鐵基粉末加入完畢之后，保持超聲波振蕩5-10min，使鐵粉均勻分散在納米氧化物顆粒懸濁液中，然后逐漸降低超聲頻率和功率，使得超聲波的空化作用逐步降低，顆粒間隙逐漸減小，避免由于重力差等作用導致的吸附不均勻等現(xiàn)象，實現(xiàn)均勻沉降吸附。
[0021]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所述干燥溫度為室溫?80 °C。
[0022]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所述壓制成形的壓力為 550_650MPa。
[0023]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所述燒結時，控制真空度 I(Γ1-1(T2Pa、溫度 1050-1200°c，時間 3_5h。
[0024]本發(fā)明一種采用超聲波分散法制備彌散強化鐵基材料的方法，所得鐵基材料經(jīng)熱軋和/或熱鍛，得到成品；所述熱軋和/或熱鍛的溫度為850-950°C。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果:
[0026]本發(fā)明在超聲條件下，將鐵基粉末從懸濁液的底部逐層送入懸濁液中，直至鐵基粉末與液面平行；使鐵基粉末進入懸濁液時僅僅可以吸附鐵基粉末所在位置層面內(nèi)及其上部鄰近位置的納米氧化物，實現(xiàn)鐵基粉末逐層吸附納米氧化物，使納米氧化物在鐵基粉末均勻分布；另外，在超聲能量的作用下，與鐵基粉末結合力較小的納米氧化物，有可能脫離鐵基粉末的吸附，重新進入懸濁液，被后續(xù)進入的鐵基粉末吸附，有效改善納米氧化物分布的均勻性；另一方面，超聲震蕩能量可以有效阻止納米氧化物之間的團聚或絮凝，確保納米氧化物在鐵基粉末中分布的均勻性。
[0027]本發(fā)明加入鐵基粉末時，保持原超聲波的頻率和功率在20-40HZ，優(yōu)選為30Hz左右，使得超聲波的聲能密度產(chǎn)生充分的空化效應，達到最佳的分散效果。同時，適當?shù)某曨l率還可以促使即將團聚或絮凝的納米氧化物得到均勻分散，這就進一步保證了納米氧化物的分散效果。
[0028]本發(fā)明加入鐵基粉末時，懸濁液溫度為室溫，無需特別控制。在鐵粉加入完畢之后，保持超聲波振蕩5-10min，使納米氧化物顆粒和鐵粉充分分散，之后逐漸降低超聲頻率，使得超聲波的空化作用緩慢降低，顆粒間隙逐漸減小，從而避免了由于重力差等作用導致的吸附不均勻等現(xiàn)象，實現(xiàn)均勻沉降吸附。
[0029]本發(fā)明實現(xiàn)了納米氧化物顆粒與鐵基粉末的均