耐高温耐辐照高熵合金及其制备方法和应用技术

本申请涉及一种耐高温耐辐照高熵合金及其制备方法和应用。其中，耐高温耐辐照高熵合金，包括化学式为(TiZrHfNbMoW)

【技术实现步骤摘要】
耐高温耐辐照高熵合金及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及高熵合金
，特别是涉及一种耐高温耐辐照高熵合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]相比于传统合金，高熵合金由于高熵效应、迟滞扩散效应、晶格畸变效应以及鸡尾酒效应等而表现出良好的强度、硬度、耐磨、耐腐蚀和热稳定性等性能优势，进而受到了广泛关注。高熵合金是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。高熵合金由于高熵的作用，使其在高温下具有缓慢扩散效应；各主元原子之间的协同扩散效应，以及阻碍原子运动的晶格畸变，都会限制高熵合金中原子的有效扩散效率；同时，由于较高原子级别应力的存在高熵合金具有自修复机制。
[0003]尽管高熵合金具有较优的性能，但是传统的高熵合金耐高温耐辐照的能力还是较差，在高温下或辐照后结构稳定性和力学性能下降，存在较大安全隐患。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要提供一种耐高温耐辐照高熵合金及其制备方法和应用，具有较好的耐高温和耐辐照能力。
[0005]第一方面，本申请提供一种耐高温耐辐照高熵合金，包括化学式为(TiZrHfNbMoW)
100
‑
x
‑
y
‑
z
B
x
N
y
O
z
的材料；
[0006]其中，0≤x≤0.5，0≤y≤2，0≤z≤3，且x、y和z不同时等于0。
[0007]在一些实施例中，所述耐高温耐辐照高熵合金具有单相的体心立方结构。<br/>[0008]第二方面，本申请还提供一种上述任一所述的耐高温耐辐照高熵合金的制备方法，包括：
[0009]在保护气体氛围下对合金原料进行熔炼；
[0010]所述合金原料包括Ti、Zr、Hf、Nb、Mo和W，所述合金原料还包括硼源、氮源和氧源中的至少一种。
[0011]在其中一个实施例中，所述合金原料中的Ti、Zr、Hf、Mo和W的纯度≥99.9％，Nb的纯度≥99.99％。
[0012]在其中一个实施例中，所述氧源包括Ti的氧化物、Zr的氧化物、Hf的氧化物、Nb的氧化物、Mo的氧化物和W的氧化物中的至少一种。
[0013]在其中一个实施例中，所述氮源包括Ti的氮化物、Zr的氮化物、Hf的氮化物、Nb的氮化物、Mo的氮化物和W的氮化物中的至少一种。
[0014]在其中一个实施例中，所述硼源包括颗粒状的硼单质。
[0015]在一些实施例中，所述熔炼包括：
[0016]将所述合金原料分批次进行熔炼分别形成第一预合金和第二预合金；
[0017]将所述第一预合金和所述第二预合金进行共同熔炼。
[0018]在其中一个实施例中，所述熔炼的次数为多次，每次所述熔炼的时间为5～8min。
[0019]在其中一个实施例中，所述制备方法还包括：熔炼后通过吸铸得到耐高温耐辐照高熵合金。
[0020]第三方面，本申请还提供一种上述任一所述的耐高温耐辐照高熵合金或者上述任一所述的制备方法制备的耐高温耐辐照高熵合金在核材料中作为核结构材料的应用。
[0021]上述耐高温耐辐照高熵合金中，B原子可以偏聚于晶界处，与晶界处位错、空位等缺陷结合，提高与周围原子的结合力，进而强化晶界以达到提高高熵合金力学性能、提高耐高温耐辐照性能的目的；O原子可以在基体中通过与Ti、Zr结合，形成纳米尺度的有序氧复合体(Ti
‑
Zr
‑
O)结构，在塑性变形时，通过钉扎位错运动，改变位错运动和增殖方式，以提高高熵合金的强度和塑形、提高耐高温耐辐照性能；N原子可以起到固溶强化的作用，以提高高熵合金的力学性能，提高耐高温耐辐照性能。B原子、N原子或O原子分布于点阵间隙位置，可促进辐照产生的空位等缺陷的复合，抑制空洞的产生，抑制辐照肿胀。通过间隙小原子强化，该高熵合金具有较好的耐辐照性能以及耐高温性能。
[0022]上述耐高温耐辐照高熵合金的制备方法，能够制备具有较好的耐辐照性能以及耐高温性能的高熵合金。
附图说明
[0023]图1为本申请实施例1提供的(TiZrHfNbMoW)
97.5
B
0.5
N
0.5
O
1.5
高熵合金辐照前以及分别在673K
‑
150dpa，823K
‑
100dpa，923K
‑
150dpa三种辐照条件下辐照后的GIXRD图谱；
[0024]图2为本申请实施例1提供的(TiZrHfNbMoW)
97.5
B
0.5
N
0.5
O
1.5
高熵合金辐照前以及分别在673K
‑
150dpa，823K
‑
100dpa，923K
‑
150dpa三种辐照条件下辐照后的扫描电镜图，图2中(a)为辐照前的扫描电镜图，图2中(b)为673K
‑
150dpa辐照条件下辐照后的扫描电镜图，图2中(c)为823K
‑
100dpa辐照条件下辐照后的扫描电镜图，图2中(d)为923K
‑
150dpa辐照条件下辐照后的扫描电镜图；
[0025]图3为本申请实施例1提供的(TiZrHfNbMoW)
97.5
B
0.5
N
0.5
O
1.5
高熵合金在923K
‑
150dpa辐照条件辐照后的透射电镜明场像示意图及电子衍射图，图3中(a)为透射电镜明场像示意图，图3中(b)～(e)为(a)中不同区域的电子衍射图；
[0026]图4为本申请实施例1提供的(TiZrHfNbMoW)
97.5
B
0.5
N
0.5
O
1.5
高熵合金在923K
‑
150dpa辐照条件下辐照后透射电镜图和能谱仪线扫描结果图，图4中(a)为透射电镜图，图4中(b)为能谱仪线扫描图，图4中(c)为能谱仪线扫描结果示意图；
[0027]图5为本申请实施例1提供的(TiZrHfNbMoW)
97.5
B
0.5
N
0.5
O
1.5
高熵合金辐照前以及分别在673K
‑
150dpa，823K
‑
100dpa，923K
‑
150dpa三种辐照条件下辐照后的纳米压痕硬度结果示意图；
[0028]图6为本申请实施例1提供的(TiZrHfNbMoW)
97.5
B
0.5
N
0.5
O
1.5
高熵合金辐照前以及分别在673K
‑
150dpa，823K
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温耐辐照高熵合金，其特征在于，包括化学式为(TiZrHfNbMoW)
100
‑
x
‑
y
‑
z
B
x
N
y
O
z
的材料；其中，0≤x≤0.5，0≤y≤2，0≤z≤3，且x、y和z不同时等于0。2.根据权利要求1所述的耐高温耐辐照高熵合金，其特征在于，所述耐高温耐辐照高熵合金具有单相的体心立方结构。3.一种权利要求1～2任一所述的耐高温耐辐照高熵合金的制备方法，其特征在于，包括：在保护气体氛围下对合金原料进行熔炼；所述合金原料包括Ti、Zr、Hf、Nb、Mo和W，所述合金原料还包括硼源、氮源和氧源中的至少一种。4.根据权利要求3所述的耐高温耐辐照高熵合金的制备方法，其特征在于，所述合金原料中的Ti、Zr、Hf、Mo和W的纯度≥99.9％，Nb的纯度≥99.99％。5.根据权利要求3所述的耐高温耐辐照高熵合金的制备方法，其特征在于，所述氧源包括Ti的氧化物、Zr的氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭祥阳，路广遥，侯硕，周建明，贺韶，刘苏州，范宜康，申家福，丁祥彬，陈帅，庄晓强，王德正，
申请(专利权)人：中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：