一种基于晶界黏合及原位反应的常规合金高低温力学及腐蚀性能的提升方法

本发明属于金属材料，尤其涉及一种基于晶界黏合及原位反应的常规合金高低温性能提升方法。

背景技术：

1、工业的发展对材料的综合性能提出了更高的要求。当前，强化材料的主要途径包括细晶强化、加工硬化、固溶强化、第二相强化。这些强化手段本质上是在合金中引入点缺陷和线缺陷和面缺陷，阻碍位错的增殖和发展，从而提高金属合金的力学性能。但这些强化手段在提升材料强度的同时往往会导致塑形降低，而这种金属材料的强韧性“倒置关系”正成为制约材料应用的阻碍。与此同时，在航空航天、汽车、能源动力等领域，材料服役条件的变化对金属合金的高温力学性能、抗氧化性能都提出了更高的要求。为解决此问题，常通过添加稀土单质和稀土中间合金的方式将稀土元素引入金属合金。利用稀土元素对晶粒细化、固溶强化及相变沉淀强化的积极作用，以及其能显著提高合金材料的抗氧化与耐腐蚀性能的特性。但研究发现，即使添加相同含量的稀土，不同种类的稀土对合金的力学性能、抗氧化性能的影响并不相同。因此，探寻一种能够指导添加适宜的稀土元素种类、兼具低成本优势，并能有效提升合金力学性能和抗氧化性的方法，是本领域有重要应用潜力的技术。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于晶界黏合及原位反应的常规合金高低温性能提升方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种具有晶界黏合效应、含稀土氧化物的常规合金。所述常规金属为铜合金、铝合金、镍合金、钛合金、镁合金、锌合金，还有多主元合金；所述稀土氧化物粉末，包括氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥。

3、依照本发明的一个方面，所述稀土氧化物粉末的添加量为0.1wt％～5wt％。

4、依照本发明的一个方面，所述稀土氧化物粉末的粒径为1μm～45μm。

5、依据相同发明思路，基体合金可选择为上述常规合金的一种，并存在一种确定的晶体结构。

6、依据相同发明思路，确定基体合金后，选择一种或多种具有与基体有相同晶体结构的稀土氧化物。

7、依据相同发明思路，若要实现常规合金抗氧化性能的提升，选择稀土氧化物时，不仅需要有与基体相同的晶体结构，还需要综合相图、热力学等方面来判断生成稀土第二相的高温稳定性。

8、优选的，添加与基体相同晶体结构的稀土氧化物含量并不是越多越好。

9、有益效果：不同的稀土元素在上述不同的常规合金中的溶解度不同，添加过多的稀土氧化物不仅会增加成本，还可能造成合金组织成分偏析和不均匀、力学性能下降等问题。

10、依照本发明的一个方面，稀土氧化物以掺杂的方式融入常规合金。

11、优选地，稀土氧化物掺杂方式选择球磨混合。

12、有益效果：所述球磨混合操作过程简单，可实现粉末混合均匀的效果。

13、优选地，所述球磨混合使用行星球磨器，混合时间在30分钟左右，前10分钟转速控制在150-200r/min，其次将转数控制在230-280r/min，最后10分钟后将转数调整为300-350r/min。

14、有益效果：所述球磨混合参数下，能实现粉末混合均匀。

15、依据相同发明思路，混合完成后的粉末，可使用常规的熔炼-浇注-冷却的方法，也可使用激光粉末床熔融技术，实现成型。

16、本发明具有如下技术效果：

17、本发明公开了一种基于晶界黏合及原位反应的常规合金高低温性能提升方法。本发明涉及一种复合体系，包括常规合金基体与具有相同晶体结构的稀土氧化物。在熔化、激光熔融等工艺过程中，稀土氧化物与常规合金基体发生原位反应。由于选择的稀土氧化物与常规合金基体具有相同的晶体结构，原位反应能生成一种特殊的高强韧共格界面，它不仅能有效地阻碍位错运动，还能在位错变形的演变中吸收并储存位错，从而提升材料性能。同时，利用稀土元素具有高熔点的特性，在常规合金中生成富含稀土的第二相结构，进而有效地提升材料的抗氧化性能。本发明可显著提升常规合金的高、低力学性能和抗氧化性能，具有生产工艺简单，适用性广等优点，有很高的应用价值。

技术特征：

1.一种基于晶界黏合及原位反应的高性能常规合金，其特征在于，与常规合金发生原位反应的物质为稀土氧化物粉末。稀土氧化物粉末包括氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥。

2.根据权利要求1所述的一种基于晶界黏合及原位反应的高性能常规合金，其特征在于，所述稀土氧化物粉末的添加量为0.1wt％～5wt％。

3.根据权利要求1所述的一种基于晶界黏合及原位反应的高性能常规合金，其特征在于，所述稀土氧化物粉末的粒径为1μm～45μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于晶界黏合及原位反应的高性能常规合金，其特征在于，常规合金包括铜合金、铝合金、镍合金、钛合金、镁合金、锌合金，及多主元合金。

5.根据权利要求1-4任意所述的基于晶界黏合及原位反应的常规合金高低温性能提升方法，其特征在于，添加的稀土氧化物的晶体结构类型与常规合金的晶体结构类型相同。

6.根据权利要求5所述的基于晶界黏合及原位反应的常规合金高低温性能提升方法，其特征在于，在常规合金中掺杂稀土氧化物的方式为固固混合，包括物理搅拌、使用混合设备均匀混合、研磨。

技术总结
本发明公开了一种基于晶界黏合及原位反应的常规合金高低温性能提升方法，属于金属材料技术领域。该方法专注于以金属合金为基体，涵盖镁合金、铝合金以及多主元合金等多种类型。其核心是通过掺杂的方式，将具有相同晶体结构的稀土氧化物融入这些合金之中。在后续的熔炼或激光熔融成型过程中，稀土氧化物与主体金属合金之间发生原位反应。这种反应充分利用了晶界间的黏合效应，以及稀土元素所具有的高熔点和高活性特性，从而生成能够改善合金性能的第二相结构。这种方法旨在指导添加哪种稀土氧化物来提升常规合金在高低温条件下的综合性能表现，并为寻求低成本提升常规合金性能提供了新的思路和解决方案。

技术研发人员：陈维,刘雨明,龚晨阳,徐心如,刚琳俐,邱玮,李聪,任延杰,陈荐
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17