掺钾的钨合金块材及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种掺钾的钨合金块材及其制备方法和应用，其中的掺钾的钨合金块材中钨的质量百分比≥99.95％；所述掺钾的钨合金块材的晶向(001)占比为5～15％，晶向(101)占比为60～85％，晶向(111)占比为0～15％；该掺钾的钨合金块材的再结晶温度≥1700℃、韧脆转变温度≤100℃、室温热导率≥168W

【技术实现步骤摘要】
掺钾的钨合金块材及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及掺杂钨合金材料领域，特别是涉及一种掺钾的钨合金块材及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钨具有熔点高(约3410℃)、密度高(约19.3g/cm3)、热导率高(约173W
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‑1)等优点，被认为是未来聚变堆装置中最具潜力的面向等离子体材料之一。然而，传统块体纯钨的低温脆性、再结晶温度低及辐照脆化等问题，严重限制了其加工和工程应用。在核聚变反应堆中，钨材料长期暴露在超高温下，很可能发生再结晶和晶粒显著长大，导致不良的微观结构产生和机械性能下降。而且，钨材料表层将产生比原始状态更高的温度，其热导率将急剧降低，这非常不利于散热；模块中累积的大量热应力还可能会导致模块严重的几何变形，甚至威胁其结构完整性和使用寿命。因此，理想的钨基面向等离子体材料应具备优异的晶粒结构稳定性和良好的低温韧性及热导性能。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术提供一种具有优异的晶粒结构稳定性、低温韧性且热导性能优良的掺钾的钨合金块材及其制备方法。
[0004]本专利技术的第一方面提供了一种掺钾的钨合金块材，所述掺钾的钨合金块材中钨的质量百分比≥99.95％；
[0005]所述掺钾的钨合金块材的晶向(001)占比为5～15％，晶向(101)占比为60～85％，晶向(111)占比为0～15％。
[0006]在一些实施例中，以质量计，所述掺钾的钨合金块材中钾的含量为50～150ppm。
[0007]在一些实施例中，所述掺钾的钨合金块材的平均晶粒尺寸≤20μm。
[0008]在一些实施例中，所述掺钾的钨合金块材相对于纯钨块材的密度≥98％。
[0009]在一些实施例中，所述掺钾的钨合金块材相对于其制备过程中的烧结坯的变形量为75～90％。
[0010]在一些实施例中，所述掺钾的钨合金块材还满足下述项中的至少一项：
[0011](1)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中氧的含量≤50ppm；
[0012](2)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中铝的含量≤20ppm；
[0013](3)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中硅的含量≤20ppm；
[0014](4)所述掺钾的钨合金块材的再结晶温度≥1700℃；
[0015](5)所述掺钾的钨合金块材的韧脆转变温度≤100℃；
[0016](6)所述掺钾的钨合金块材的室温热导率≥168W
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[0017]本专利技术的第二方面提供了一种掺钾的钨合金块材的制备方法，包括如下步骤：
[0018]将掺杂钨粉进行预成形处理，制得生坯；其中，所述掺杂钨粉中含钾；
[0019]将所述生坯进行烧结处理，制得烧结坯；
[0020]将所述烧结坯进行开坯锻；
[0021]将开坯锻后的所述烧结坯进行多道次锻造，制得所述掺钾的钨合金块材。
[0022]在一些实施例中，进行多道次锻造时包括下述条件中的至少一项：
[0023](1)第1～N道次中每道次变形量各自独立地为10～20％；
[0024](2)第(N+1)～(N+3)道次中每道次变形量各自独立地为20～25％；
[0025](3)第(N+4)～(N+7)道次中每道次变形量各自独立地为10～20％；
[0026](4)第(N+8)～(N+10)道次中每道次变形量各自独立地为20～25％；
[0027](5)每道次的锻造温度为1350～1450℃；
[0028](6)每道次的锻造方式包括快锻、旋锻、高速锻、精锻和自由锻中的一种或多种；
[0029]其中，N为正整数，且3≤N≤5。
[0030]在一些实施例中，所述掺杂钨粉中钨的质量百分比≥99.9％；
[0031]以质量计，所述掺杂钨粉中钾含量为60～200ppm；
[0032]所述掺杂钨粉的费氏粒度为1.5～4.5μm。
[0033]在一些实施例中，进行烧结处理时满足下述条件中的至少一项：
[0034](1)所述烧结处理在还原性气氛下进行；
[0035]可选地，所述还原性气氛为体积百分比≥99.0％的氢气；
[0036](2)所述烧结处理的过程包括：将所述生坯于1200～1500℃保温3～6h，然后于2000～2500℃保温3～6h。
[0037]在一些实施例中，所述烧结坯相对于纯钨块材的密度为90～94.5％；
[0038]所述烧结坯的平均晶粒尺寸≤20μm；
[0039]以质量计，所述烧结坯中钾含量为50～150ppm，氧含量≤50ppm，铝含量≤20ppm，硅含量≤20ppm。
[0040]在一些实施例中，所述开坯锻的开坯温度为1400～1600℃。
[0041]在一些实施例中，采用等静压工艺对所述掺杂钨粉进行预成形处理；
[0042]可选地，等静压的压力为150～220MPa，保压时间为60～120s。
[0043]本专利技术的第三方面还提供了一种如第一方面的掺钾的钨合金块材在制备面向等离子体材料中的应用。
[0044]本专利技术的第四方面还提供了一种面向等离子体材料，其包括第一方面的掺钾的钨合金块材或第二方面的方法制备得到的掺钾的钨合金块材。
[0045]上述提供的掺钾的钨合金块材及其制备方法，其中掺钾的钨合金块材的晶向(001)占比为5～15％，晶向(101)占比为60～85％，晶向(111)占比为0～15％，具有各向异性；从而该掺钾的钨合金块材的再结晶温度≥1700℃、韧脆转变温度≤100℃、室温热导率≥168W
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‑1，即该掺钾的钨合金块材同时具备优异的晶粒结构稳定性、低温韧性，且热导性能优良，可用作钨基面向等离子体材料。
附图说明
[0046]图1为实施例1中掺钾的钨合金块材的反极图面扫照片及反极图分布图。
具体实施方式
[0047]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0048]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0049]本专利技术中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
[0050]本专利技术中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺钾的钨合金块材，其特征在于，所述掺钾的钨合金块材中钨的质量百分比≥99.95％；所述掺钾的钨合金块材的晶向(001)占比为5～15％，晶向(101)占比为60～85％，晶向(111)占比为0～15％。2.如权利要求1所述的掺钾的钨合金块材，其特征在于，所述掺钾的钨合金块材还满足下述项中的至少一项：(1)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中钾的含量为50～150ppm；(2)所述掺钾的钨合金块材的平均晶粒尺寸≤20μm；(3)所述掺钾的钨合金块材相对于纯钨块材的密度≥98％；(4)所述掺钾的钨合金块材相对于其制备过程中的烧结坯的变形量为75～90％；(5)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中氧的含量≤50ppm；(6)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中铝的含量≤20ppm；(7)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中硅的含量≤20ppm；(8)所述掺钾的钨合金块材的再结晶温度≥1700℃；(9)所述掺钾的钨合金块材的韧脆转变温度≤100℃；(10)所述掺钾的钨合金块材的室温热导率≥168W
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‑1。3.一种如权利要求1～2中任一项所述的掺钾的钨合金块材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将掺杂钨粉进行预成形处理，制得生坯；其中，所述掺杂钨粉中含钾；将所述生坯进行烧结处理，制得烧结坯；将所述烧结坯进行开坯锻；将开坯锻后的所述烧结坯进行多道次锻造，制得所述掺钾的钨合金块材。4.如权利要求3所述的掺钾的钨合金块材的制备方法，其特征在于，进行多道次锻造时包括下述条件中的至少一项：(1)第1～N道次中每道次变形量各自独立地为10～20％；(2)第(N+1)～(N+3)道次中每道次变形量各自独立地为20～25％；(3)第(N+4)～(N+7)道次...

【专利技术属性】
技术研发人员：代少伟，宋久鹏，颜彬游，蒋香草，黄泽熙，林宝智，
申请(专利权)人：厦门钨业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：