TRILOS超高压纳米均质机在氧化物弥散强化镍基高温合金的应用

镍基高温合金是一种很有前途的燃气轮机材料，因其具有优异的高温强度和耐腐蚀性，在先进的发电厂和航空航天得到广泛的应用。它们显著的机械性能通常是通过将稳定的氧化物纳米颗粒均匀分散到基质中的氧化物分散增强（ODS）来实现的。高压均质是一种很有前景的去除纳米粉体团聚的方法，利用高压将流体加速成喷射流后，产生高剪切应力来均质颗粒。我们采用TRILOS超高压纳米均质机，将Y2O3纳米颗粒均质分散，最终制得了镍基高温合金。1. TRILOS超高压纳米均质机介绍： TRILOS超高压纳米均质机采用高压喷射原理，能够在短时间内产生巨大的剪切力，碰撞力，气穴力，从而将大量能量集中作用于物料，使物料的成分以完全的均质的状态存在，能够大幅提升效率。通过调控均质机来达到理想的粒径分布效果，且不会产生金属材料污染，可实现实验研发到大生产的线形放大，为高价值材料提供可靠的技术方案。TRILOS超高压纳米均质机不堵不漏，采用10寸工业触控屏，可实时监控压力曲线图，最高压力可达4000bar。   图1 均质机原理图图2 各型号的TRILOS超高压纳米均质机2. 实验过程先将高温合金Ni-15Cr-4.5Al-4W-2.5Ti-2Mo-2Ta-0.15Zr粉高能球磨15小时，然后采用TRILOS超高压纳米均质机，分散预混后的Y2O3浆料。实验条件为：压力1000barⅹ3次。将高压均质处理后的Y2O3浆料与高温合金粉混合并球磨3小时，最后进行干燥和真空SPS烧结。3. 结果分析图3（a）和（b）分别为初始的Y2O3和高压均质后的Y2O3的颗粒形貌和粒径分布图。在初始Y2O3粉末中（图3（a）），可以观察到平均粒径为201nm的大团聚体。经高压均质处理（图3（b））后，团聚体被打开，Y2O3以细颗粒的形式存在，且平均粒径为139.6nm。TRILOS超高压纳米均质机采用高压喷射原理，能够在短时间内产生巨大的剪切力，碰撞力，气穴力，从而将大量能量集中作用于物料，使物料以完全均质的状态存在，能够大幅提升效率。……（下载看全文） 上海人和科学仪器有限公司 Shanghai Renhe Scientific Instrument Co., Ltd. TRILOS 超高压纳米均质机在氧化物弥散强化镍基高温合金的应用 镍基高温合金是一种很有前途的燃气轮机材料，因其具有优异的高温强度和耐腐蚀性，在先进的发电厂和航空航天得到广泛的应用。它们显著的机械性能通常是通过将稳定的氧化 物纳米颗粒均匀分散到基质中的氧化物分散增强（ODS ）来实现的。高压均质是一种很有前 景的去除纳米粉体团聚的方法，利用高压将流体加速成喷射流后，产生高剪切应力来均质颗 粒。我们采用 TRILOS 超高压纳米均质机，将 Y2O3纳米颗粒均质分散，最终制得了镍基高 温合金。 1. TRILOS 超高压纳米均质机介绍： TRILOS 超高压纳米均质机采用高压喷射原理，能够在短时间内产生巨大的剪切力，碰 撞力，气穴力，从而将大量能量集中作用于物料，使物料的成分以完全的均质的状态存在，能够大幅提升效率。通过调控均质机来达到理想的粒径分布效果，且不会产生金属材料污染，可实现实验研发到大生产的线形放大，为高价值材料提供可靠的技术方案。 TRILOS 超高压纳米均质机不堵不漏，采用 10寸工业触控屏，可实时监控压力曲线图，最高压力可达 4000bar 。 图 1均质机原理图 图 2各型号的 TRILOS 超高压纳米均质机 上海人和科学仪器有限公司 Shanghai Renhe Scientific Instrument Co., Ltd. 2. 实验过程 先将高温合金 Ni-15Cr-4.5Al-4W-2.5Ti-2Mo-2Ta-0.15Zr 粉高能球磨 15小时，然后采用 TRILOS 超高压纳米均质机，分散预混后的 Y2O3浆料。实验条件为：压力 1000barⅹ3次。将高压均质处理后的 Y2O3浆料与高温合金粉混合并球磨 3小时，最后进行干燥和真空 SPS 烧结。 3. 结果分析 图 3（a ）和（b ）分别为初始的 Y2O3和高压均质后的 Y2O3的颗粒形貌和粒径分布图。在初始 Y2O3粉末中（图 3（a ）），可以观察到平均粒径为 201nm 的大团聚体。经高压均质处 理（图 3（b ））后，团聚体被打开，Y2O3以细颗粒的形式存在，且平均粒径为 139.6nm 。TRILOS 超高压纳米均质机采用高压喷射原理，能够在短时间内产生巨大的剪切力，碰撞力，气穴力，从而将大量能量集中作用于物料，使物料以完全均质的状态存在，能够大幅提升效率。 图 3初始的 Y2O3 (a)和高压均质后的 Y2O3 (b)的颗粒形貌和粒径分布图 高温合金粉末和镍基 ODS 粉末的形貌如图 4所示。图 4（a ）是球形的高温合金粉末，平均粒径为 84.5μm 。图 4（b ）为使用初始 Y2O3粉末制备的镍基 ODS 粉末的 SEM 图像，观察到平均粒径为 54.3μm 。图 4（c ）为使用高压均质处理的 Y2O3粉末制备的镍基 ODS 粉 末的 SEM 图像，观察到平均粒径为 30.2μm 。这充分表明，高压均质技术对镍基 ODS 粉末 团聚的解聚和分散稳定性的提高有很大的作用。 图 4（a ）高温合金粉末的 SEM 图；（b ）使用初始 Y2O3粉末制备的镍基 ODS 粉末的 SEM 图；（c ）使 用高压均质处理的 Y2O3粉末制备的镍基 ODS 粉末的 SEM 图 上海人和科学仪器有限公司 Shanghai Renhe Scientific Instrument Co., Ltd. 为了表征元素分布的均匀性，我们通过 SEM 和 EPMA 图谱分析元素的分布，如图 5所 示。图 5（a ）是使用初始 Y2O3粉末球磨制备的镍基 ODS 粉末的元素分布图，图 5（b ）是 使用高压均质处理的 Y2O3粉末球磨制备的镍基 ODS 粉末的元素分布图。由图明显可知，高 压均质技术有利于生产均匀分散的镍基 ODS 粉末。 图 5镍基 ODS 粉末的 SEM-EPMA 分析图，使用初始 Y2O3粉末（a ）和高压均质 Y2O3粉末（b ） 将合成的镍基 ODS 粉末在 30MPa 的压力下真空烧结（1000℃）10分钟，以制造 ODS 高温合金。从图 6（a ）中可以清楚地看到，使用初始 Y2O3粉末制备的合金样品呈现出不均 匀的大晶粒；而使用高压均质处理的 Y2O3粉末制备的合金样品中氧化物颗粒分散均匀，显 示出相对精细的微观结构。因此，TRILOS 超高压纳米均质机是制备均匀分散 Y2O3纳米粒 子的镍基 ODS 高温合金的有效手段。 图 6使用初始 Y2O3粉末（a ）和高压均质 Y2O3粉末（b ）合成的 ODS 粉末 SPS 烧结后得到的高温合金的 SEM 图