一种定向ZrCr基合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种定向ZrCr基合金及其制备方法，该ZrCr基合金按原子百分比记为Zr

【技术实现步骤摘要】
一种定向ZrCr基合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于全过程定向凝固
，具体涉及一种定向ZrCr基合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着航天科技的发展和空间探测任务的不断推进，我国持续开展空间站建设、深空探测以及新型空间基础设施的建设等一系列航天活动。因此航天器面临着新任务、新轨道和新环境的考验，尤其是恶劣辐射环境对航天器结构及功能材料的考验。
[0003]Zr合金具有高硬度、高熔点、极低的热中子吸收面积，低的膨胀系数、良好的抗辐照性能以及优异的耐腐蚀性能等特性，在航空航天、核工业等领域具有广阔应用前景。Cr元素作为典型的β相稳定元素，能够降低合金的β
→
α相转变的温度，有利于调控合金微观组织，同时Cr的添加能使合金的耐腐蚀性能得到提高。此外，由Zr
‑
Cr二元相图可知，合金相变过程中产生的ZrCr2金属间化合物属于Laves相中的一类。Laves相具有高熔点、高强度、低密度、高化学稳定性、优异的高温抗氧化性能等优势，可作为增强相显著提高结构材料的高温力学性能。但Laves相脆性大变形能力差，容易导致材料断裂强度和延伸率显著下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种定向ZrCr基合金的制备方法。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种定向ZrCr基合金，其表达式为Zr
85
Cr
15
（at.%）。
[0006]上述定向ZrCr基合金的制备方法，包括以下步骤：（1）根据目标ZrCr合金成分称配原料；（2）经熔炼、浇铸得到ZrCr合金棒；（3）氩气保护下，采用Bridgman晶体生长装置对圆柱棒合金进行定向凝固，加热温度为1600~1900℃，保温时间为1~60min，抽拉速率为0.1~1000μm/s，得到ZrCr基合金。
[0007]较佳的，步骤（2）中，采用水冷铜坩埚悬浮熔炼炉或真空非自耗电弧熔炼炉反复熔炼至少5次原料，然后采用真空非自耗电弧熔炼炉浇铸得到直径为8~10mm的ZrCr合金圆棒。
[0008]较佳的，步骤（3）中，加热温度为1700~1800℃，保温时间为30~60min，抽拉速率为25~100μm/s。
[0009]较佳的，步骤（3）中，定向凝固得到直径8~10mm，长度为6~8cm的ZrCr基合金。
[0010]本专利技术与现有技术相比，具有显著优点：（1）本专利技术制备的ZrCr合金具有定向枝晶组织，控制α
‑
ZrCr2Laves相以共析片层析出，改善了Laves相的脆化行为，提升了ZrCr合金的综合力学性能。
[0011]（2）本专利技术是利用Bridgman定向凝固装置独特的特点，一步制备出具有定向枝晶组织的ZrCr合金，制备方法简单，工艺成本较低。
相，最后在约836℃时发生β
‑
Zr (BCC)
→
α
‑
Zr (HCP)+ α
‑
ZrCr2的共析转变，从胞状β
‑
Zr中生成三次α
‑
ZrCr2与α
‑
Zr的片层状组织。具体组织如图4所示，这样就可得到具有定向枝晶组织的ZrCr合金。从图5及图6中可得，具有定向枝晶组织的ZrCr合金其抗压强度比铸态的ZrCr合金提升34.4%，抗拉强度比铸态的ZrCr合金提升7.7%，其延伸率比铸态的ZrCr合金提升113%。
[0029]实施例2采用成分为Zr
85
Cr
15
（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为25μm/s，依然可得到如实施例1所述的具有定向枝晶组织ZrCr合金，其显微图如图7所示。从图5及图6中可得，具有定向枝晶组织的ZrCr合金其抗压强度比铸态的ZrCr合金提升21.4%，抗拉强度比铸态的ZrCr合金提升8.7%，其延伸率比铸态的ZrCr合金提升82.6%。
[0030]实施例3采用成分为Zr
85
Cr
15
（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为100μm/s，依然可得到如实施例1所述的具有定向枝晶组织ZrCr合金，其显微图如图8所示。从图5及图6中可得，具有定向枝晶组织的ZrCr合金其抗压强度比铸态的ZrCr合金提升32.8%，抗拉强度比铸态的ZrCr合金提升19.7%，其延伸率比铸态的ZrCr合金提升326%。
[0031]对比例1采用成分为Zr
85
Cr
15
（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为250μm/s，得到稳定段无定向枝晶组织的ZrCr合金，其显微图如图9所示。
[0032]对比例2采用成分为Zr
85
Cr
15
（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为500μm/s，得到稳定段无定向枝晶组织的ZrCr合金，其显微图如图10所示。
[0033]对比例3采用成分为Zr
85
Cr
15
（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为1000μm/s，得到稳定段无定向枝晶组织的ZrCr合金，其显微图如图11所示。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定向ZrCr基合金的制备方法，其特征在于，其表达式为Zr
85
Cr
15
，包括以下步骤：（1）根据目标ZrCr合金成分称配原料；（2）经熔炼、浇铸得到ZrCr合金棒；（3）氩气保护下，采用Bridgman晶体生长装置对圆柱棒合金进行定向凝固，加热温度为1600~1900℃，保温时间为1~60min，抽拉速率为0.1~1000μm/s，得到ZrCr基合金。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，采用水冷铜坩埚悬浮熔炼炉或真空非自耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光，黄腾达，郑功，彭海鑫，金志，周冰，逯帆，凌碧波，刘旭，雷明，侯锐，李啸海，陆春华，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：