技术摘要：
本发明属于增材制造相关技术领域，其公开了一种纳米氧化物弥散强化钢件及其快速增材制造方法，所述方法包括以下步骤：(1)将合金钢粉及纳米氧化物粉进行球磨混合以得到混合粉体；(2)将钢带包裹混合粉体，并通过成型拉丝得到药芯丝材；(3)以药芯丝材为原料，利用电弧熔丝  全部
背景技术：
氧化物弥散强化(Oxide  Dispersion  Strengthened，ODS)钢的组织结构特征是基 体中弥散分布着大量的纳米氧化物粒子。这些高熔点和热稳定性好的第二相纳米氧化物粒 子能有效阻碍位错和晶界滑移，从而赋予材料优良的抗高温蠕变性能。而且，纳米氧化物粒 子与基体之间形成的大量界面，可以吸收辐照过程中产生的He泡而形成He陷阱，明显提高 其抗辐照性能。因此，ODS钢在核电能源、石油化工、动力机械等领域有着很大的应用前景。 ODS钢目前普遍采用传统的粉末冶金方法制备，即首先通过高能球磨合金和氧化 物粉末以获得过饱和固溶体粉体，随后对粉体进行热固化成型及后续的热处理以在基体中 弥散析出大量纳米氧化物粒子。在粉末球磨过程中，由于原子以固相方式扩散，故形成过饱 和固溶体所需时间一般从几十小时到上百小时，从而降低了制备效率，提高了制备成本，并 不可避免地引入杂质污染。而且，随后的热等静压、热挤压等固化成型工艺一般难以直接制 备大型复杂的构件。上述不足在很大程度上限制了ODS钢的实际生产及其应用。相应地，本 领域存在着发展一种效率高、成本低的纳米氧化物弥散强化钢件及其快速增材制造方法的 技术需求。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种纳米氧化物弥散强化钢 件及其快速增材制造方法，其采用电弧熔丝小熔池冶炼及其快速冷却凝固的特性，抑制了 纳米粒子的聚集与长大，保证了钢基体中弥散分布大量的纳米氧化物粒子，同时该方法还 利用增材制造无需模具且成形效率高的特点，实现了大型复杂金属构件的制备，该方法优 化了已有的ODS钢制备工艺，提高了制备效率，为纳米ODS钢提供了一条大规模制备的新途 径。 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种纳米氧化物弥散强化钢件 的快速增材制造方法，所述方法包括以下步骤： (1)将合金钢粉及纳米氧化物粉进行球磨混合以得到混合粉体； (2)将钢带包裹所述混合粉体，并通过成型拉丝得到药芯丝材； (3)以所述药芯丝材为原料，利用电弧熔丝制造设备按照待制造零件的三维模型 对应的机器人代码在基板上进行多道多层电弧熔丝增材制造，以得到纳米氧化物弥散强化 钢件。 进一步地，所述合金钢粉及所述纳米氧化物粉球磨混合过程中还加入了过程控制 剂，所述过程控制剂为乙醇或者硬脂酸，其在所述混合粉体中所占的质量百分比为1wt％～ 10wt％。 3 CN 111590079 A 说　明　书 2/5 页 进一步地，所述合金钢粉为不锈钢粉或者其他特定用途的合金钢粉，其平均粒径 小于30μm。 进一步地，所述纳米氧化物粉为稀土氧化物粉、金属氧化物粉或者类金属氧化物 粉，其平均粒径小于40nm。 进一步地，所述纳米氧化物粉占所述混合粉体的质量百分比为1wt％～10wt％。 进一步地，球磨混合时间为1小时～10小时。 进一步地，所述钢带为宽12mm、厚2mm的冷轧钢带，制备出的药芯丝材的直径为1mm ～2mm，粉体填充率为10％～30％。 进一步地，电弧熔丝增材制造时采用的工艺参数为：电流150～200A，电压15～ 25V，焊枪移动速度1mm/s～10mm/s。 进一步地，步骤(3)是在惰性气氛中进行的，采用的惰性气体为纯Ar 20％CO2混合 气体，流量为10L/min～20L/min，多道多层增材制造中，每层中的道与道之间的搭接量为 20％～40％，每层的增材高度为2mm～5mm。 按照本发明的另一个方面，提供了一种纳米氧化物弥散强化钢件，所述纳米氧化 物弥散强化钢件是采用如上所述的纳米氧化物弥散强化钢件的快速增材制造方法制备而 成的。 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的纳 米氧化物弥散强化钢件及其快速增材制造方法主要具有以下有益效果： 1 .在现有粉末冶金法制备ODS钢过程中，经过高能球磨获得非平衡态的过饱和固 溶体粉体是其中的重要环节，但该环节需耗时几十甚至上百小时，而本发明只需对原料粉 末进行球磨混合以得到混合粉体，不必要获得过饱和固溶体粉体，球磨混料时间仅为1h～ 10h，比上述获得过饱和固溶体所需的球磨时间低得多，因此，本发明获得混合粉体的制备 时间短，且操作简单。 2.本发明球磨混合过程中还需加入过程控制剂，所述过程控制剂的含量为1wt％ ～10wt％，所述过程控制剂为乙醇或硬脂酸，使得混料球磨过程更稳定，所获取的混合粉体 混合更均匀。 3.本发明可对药芯丝材的组成和成分进行设计调整，以满足ODS钢不同服役性能 要求，具有更广的实际应用范围。 4.本发明获得的金属药芯丝材直径细小(≤2mm)，在电弧熔丝增材制造中，连续输 送的丝材在电弧热的作用下同步熔化，形成的熔池细小且冷却凝固快速，具有小熔池熔炼 与铸造的特点，可抑制由药芯丝材引入的纳米粒子的聚集与长大，制备的材料组织中纳米 粒子尺寸细小且分布均匀，并解决了大型金属构件铸造过程中成分偏析的问题。 5 .本发明根据逐层沉积原理，用电弧热熔化金属丝材，在软件程序的控制下，由 线-面-体逐渐成形所需金属构件，无需模具且效率高、成本低，特别在制造大型复杂金属构 件上具有独特的优势，解决了传统粉末冶金法难以制备大型复杂构件的难题。 6.本发明所提供ODS钢构件的成形过程是在软件程序的控制下进行的，能实现机 械化和规模化生产。 4 CN 111590079 A 说　明　书 3/5 页 附图说明 图1是本发明提供的纳米氧化物弥散强化钢件的快速增材制造方法的流程示意 图； 图2中的(a)、(b)分别是本发明实施例2制备得到的纳米氧化物弥散强化钢件中纳 米氧化物的形貌扫描电镜SEM图及能谱分析EDS结果图； 图3是本发明实施例3制备得到的纳米氧化物弥散强化钢件中纳米氧化物的形貌 扫描电镜SEM图； 图4是本发明实施例4制备得到的纳米氧化物弥散强化钢件中纳米氧化物的形貌 扫描电镜SEM图。