粉末冶金彌散強化合金簡介

dispersion strengthened alloys made by powder metallurgy

1916年在德國首先制造出用二氧化釷強化的鎢絲，1919年這種鎢絲在美國工業(yè)中開始應(yīng)用。1946年出現(xiàn)了燒結(jié)鋁（SAP）。1962年制成鎳-二氧化釷合金 (TD-Ni)。1970年發(fā)明機械合金化方法，使彌散強化合金獲得較大進展，研制出用彌散強化和時效硬化或固溶強化方法結(jié)合起來制成的一系列用于高溫的合金(機械合金化合金)。應(yīng)用的彌散強化合金約20多種。中國從50年代開始研制彌散強化合金以來，已研制出以鋁、銅、鎳等為基體的彌散強化合金。

彌散強化的實質(zhì)是利用彌散的超細微粒阻礙位錯的運動，從而提高材料在高溫下的力學性能。為此，對彌散強化微粒有如下要求：微粒尺寸要盡可能小(0.01～ 0.05μm)，微粒的間距要達到最佳程度（0.1～0.5μm）,在基體中分布要均勻；此外，微粒與基體金屬不相互作用，在高溫下微粒相互集聚的傾向性要小。這樣就能使材料在直至接近熔點的高溫下，即采用合金化和熱處理已難起強化作用的情況下，仍能保持一定強度。彌散強化相含量一般小于 10%。應(yīng)用較多的是Al2O3、ThO2、ZrO2、Y2O3、BeO、PbO、Be2C、HfN、ZrN等。在彌散強化合金中,已投入工業(yè)性生產(chǎn)的有Al、Ni、W、Be、Cu、Pb等金屬和合金,

制取彌散強化合金粉末的方法主要有表面氧化法、內(nèi)氧化法、化學共沉淀選擇還原法和機械合金化法等。

粉末冶金彌散強化合金表面氧化法

是利用某些活性金屬粉末能在顆粒表面形成很薄的難熔氧化物膜，如鋁的氧化膜約厚達100┱。一般采用空氣霧化制粉。為破碎氧化膜和增加新氧化表面，還需進行機械研磨。通常成形工藝中采用熱變形加工以有利于進一步破碎氧化膜和金屬顆粒間的燒結(jié)。

粉末冶金彌散強化合金內(nèi)氧化法

是利用合金中某些活性溶質(zhì)元素的選擇氧化，控制溫度、時間、氧分壓等工藝參數(shù)可獲得強化相彌散均勻的材料。彌散強化Cu-Al2O3合金主要用此法生產(chǎn)。采用霧化Cu-Al合金粉末，用CuO粉作為氧源，約在875℃進行內(nèi)氧化。粉末裝入Cu包套中約在925℃下擠壓成材。美國生產(chǎn)的Cu-Al2O3合金的性能見圖。室溫導電性均大于80%IACS（相對于標準退火銅線的電導率）。

彌散強化銅由于具有較好的高溫強度和導電性，主要用于電阻焊電極、白熾燈引線、電動機轉(zhuǎn)子繞組、管式熱交換器及部分電真空器件。

化學共沉淀選擇還原法 是將基體金屬與彌散強化相組元如Ni和Th或Ni與Hf的鹽溶液或氧化物溶膠，用沉淀劑使它們共沉淀,并熱解得到極均勻的混合氧化物,再用H2還原，就得到在被還原的基體金屬中均勻彌散的難熔氧化物微粒(Al2O3、MgO、ThO2、HfO2、ZrO2)。用此方法可制取TD-Ni、Cu-Al2O3等。

粉末冶金彌散強化合金機械合金化法

一般機械研磨法作為破碎手段制取超細微粒已不適應(yīng)彌散強化合金的發(fā)展要求。但機械合金化方法在氧化物彌散強化高溫合金（見粉末冶金高溫合金）制取方面顯示了其優(yōu)越性。

通過上述方法制取的復合粉末可經(jīng)壓制成形，燒結(jié)成坯料,再熱塑性加工成材,也可直接經(jīng)包套熱成形（熱等靜壓、熱擠壓等）而成為致密程度很高的坯材。熱加工后經(jīng)二次再結(jié)晶，使擠壓、軋制材的晶粒長大，可進一步提高高溫下的強度。大多數(shù)再結(jié)晶后顯微組織呈密集的退火孿晶，這種組織可阻緩材料裂紋擴展，增加斷裂壽命。

氧化物彌散強化鎳基高溫合金，屬于金屬材料，材料科學技術(shù)名詞。

中文名稱

氧化物彌散強化鎳基高溫合金

英文名稱

oxide dispersion strengthened nickel based superalloy

定　　義

采用粉末冶金工藝，將高熔點、高熱穩(wěn)定性的氧化物(如ThO2)以納米級顆粒彌散在鎳基高溫合金基體中而制得的高溫合金。

應(yīng)用學科

材料科學技術(shù)（一級學科），金屬材料（二級學科），特殊用途金屬材料（三級學科），高溫合金（四級學科）

氮化鋁彌散強化鋼又稱IN鋼，利用細小氮化鋁(AI含量在0.01-0.07%范圍內(nèi))顆粒的彌散析出來提高強度和韌性的鋼種 。