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鎳基高溫合金是一種很有前途的燃氣輪機材料，因其具有優異的高溫強度和耐腐蝕性，在先進的發電廠和航空航天得到廣泛的應用。它們顯著的機械性能通常是通過將穩定的氧化物納米顆粒均勻分散到基質中的氧化物分散增強（ODS）來實現的。高壓均質是一種很有前景的去除納米粉體團聚的方法，利用高壓將流體加速成噴射流后，產生高剪切應力來均質顆粒。我們采用TRILOS超高壓納米均質機，將Y₂O₃納米顆粒均質分散，最終制得了鎳基高溫合金。

1.  TRILOS超高壓納米均質機介紹：

TRILOS超高壓納米均質機采用高壓噴射原理，能夠在短時間內產生巨大的剪切力，碰撞力，氣穴力，從而將大量能量集中作用于物料，使物料的成分以完全的均質的狀態存在，能夠大幅提升效率。通過調控均質機來達到理想的粒徑分布效果，且不會產生金屬材料污染，可實現實驗研發到大生產的線形放大，為高價值材料提供可靠的技術方案。

TRILOS超高壓納米均質機不堵不漏，采用10寸工業觸控屏，可實時監控壓力曲線圖，最高壓力可達4000bar。

圖1 均質機原理圖

圖2 各型號的TRILOS超高壓納米均質機

2. 實驗過程

先將高溫合金Ni-15Cr-4.5Al-4W-2.5Ti-2Mo-2Ta-0.15Zr粉高能球磨15小時，然后采用TRILOS超高壓納米均質機，分散預混后的Y₂O₃漿料。實驗條件為：壓力1000barⅹ3次。將高壓均質處理后的Y₂O₃漿料與高溫合金粉混合并球磨3小時，最后進行干燥和真空SPS燒結。

3. 結果分析

圖3（a）和（b）分別為初始的Y₂O₃和高壓均質后的Y₂O₃的顆粒形貌和粒徑分布圖。在初始Y₂O₃粉末中（圖3（a）），可以觀察到平均粒徑為201nm的大團聚體。經高壓均質處理（圖3（b））后，團聚體被打開，Y₂O₃以細顆粒的形式存在，且平均粒徑為139.6nm。TRILOS超高壓納米均質機采用高壓噴射原理，能夠在短時間內產生巨大的剪切力，碰撞力，氣穴力，從而將大量能量集中作用于物料，使物料以完全均質的狀態存在，能夠大幅提升效率。

圖3 初始的Y₂O₃ (a) 和高壓均質后的Y₂O₃ (b) 的顆粒形貌和粒徑分布圖

高溫合金粉末和鎳基ODS粉末的形貌如圖4所示。圖4（a）是球形的高溫合金粉末，平均粒徑為84.5μm。圖4（b）為使用初始Y₂O₃粉末制備的鎳基ODS粉末的SEM圖像，觀察到平均粒徑為54.3μm。圖4（c）為使用高壓均質處理的Y₂O₃粉末制備的鎳基ODS粉末的SEM圖像，觀察到平均粒徑為30.2μm。這充分表明，高壓均質技術對鎳基ODS粉末團聚的解聚和分散穩定性的提高有很大的作用。

圖4（a）高溫合金粉末的SEM圖；（b）使用初始Y₂O₃粉末制備的鎳基ODS粉末的SEM圖；（c）使用高壓均質處理的Y₂O₃粉末制備的鎳基ODS粉末的SEM圖

為了表征元素分布的均勻性，我們通過SEM和EPMA圖譜分析元素的分布，如圖5所示。圖5（a）是使用初始Y₂O₃粉末球磨制備的鎳基ODS粉末的元素分布圖，圖5（b）是使用高壓均質處理的Y₂O₃粉末球磨制備的鎳基ODS粉末的元素分布圖。由圖明顯可知，高壓均質技術有利于生產均勻分散的鎳基ODS粉末。

圖5 鎳基ODS粉末的SEM-EPMA分析圖，使用初始Y₂O₃粉末（a）和 高壓均質Y₂O₃粉末（b）

將合成的鎳基ODS粉末在30MPa的壓力下真空燒結（1000℃）10分鐘，以制造ODS高溫合金。從圖6（a）中可以清楚地看到，使用初始Y₂O₃粉末制備的合金樣品呈現出不均勻的大晶粒；而使用高壓均質處理的Y₂O₃粉末制備的合金樣品中氧化物顆粒分散均勻，顯示出相對精細的微觀結構。因此，TRILOS超高壓納米均質機是制備均勻分散Y₂O₃納米粒子的鎳基ODS高溫合金的有效手段。

圖6 使用初始Y₂O₃粉末（a）和高壓均質Y₂O₃粉末（b）

合成的ODS粉末SPS燒結后得到的高溫合金的SEM圖

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