一种耐液态铅铋腐蚀的制造技术

本发明专利技术涉及耐腐蚀合金材料领域，特别是涉及一种耐液态铅铋腐蚀的

【技术实现步骤摘要】
一种耐液态铅铋腐蚀的FeNiCrAlTi高熵合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及耐腐蚀合金材料领域，特别是涉及一种耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金及其制备方法
。

技术介绍

[0002]由于低熔点
、
高沸点
、
化学惰性
、
优异的核性能等特点，铅铋共晶被视为第四代铅冷快堆冷却剂和加速器驱动次临界系统的散裂靶及冷却剂，但其导致结构材料发生严重的液态金属腐蚀是限制其应用的关键因素之一
。
一方面，结构材料含有在高温液态铅铋中溶解度高的金属元素
(
如：
Ni、Mn
等
)
，导致其发生溶解腐蚀，破坏结构材料的完整性；另一方面，结构材料发生严重的氧化，导致氧化膜增厚，氧化膜易剥落
。
亟需研究出一种具备优异抗液态铅铋腐蚀性能的结构材料
。
[0003]高熵合金是铅冷快堆燃料包壳候选材料之一，因其具有热力学上的高熵效应，结构上的晶格畸变效应，动力学上的迟滞扩散效应和性能上的鸡尾酒效应，通过合理的成分设计与制备工艺，可获得优异的抗液态铅铋腐蚀性能
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金及其制备方法，该高熵合金不仅具有高强韧性，且具备优异的抗液态铅铋腐蚀性能
。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金，按重量百分比计，该高熵合金的化学成分如下：
[0007]Fe
：
35
～
55
％；
Ni
：
20
～
35
％；
Cr
：
10
～
20
％；
Al
：5～
15
％；
Ti
：1～
10
％
。
[0008]所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金，该高熵合金的微观组织特点为面心立方和体心立方双相结构
。
[0009]所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金，面心立方相为
Fe
和
Cr
富集的无序结构基体相；体心立方相为有序的
B2
‑
Ni(Al,Ti)
相，弥散分布于面心立方基体相中
。
[0010]所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金，该高熵合金室温条件下的屈服强度为
900
～
1100MPa
，抗拉强度为
1200
～
1300MPa
，延伸率为
10
～
20
％
。
[0011]所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)
按预设成分配比称取原材料，将原材料放入真空腔室在隋性气氛保护下进行电弧熔炼制备合金锭，再利用铜模铸造法浇铸成合金板材；
[0013](2)
将合金板材进行均质化处理
、
轧制变形处理
、
退火和时效处理，获得
FeNiCrAlTi
高熵合金
。
[0014]所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金的制备方法，步骤
(1)
中，先将真空腔室预抽真空至气压低于1×
10
‑2Pa
，然后充入高纯氩气，使真空腔室气压为3×
104～9×
104Pa
，再进行电弧熔炼，熔炼电流为
280
～
500A
，将合金熔体倒入相应尺寸的铜模中，获得
合金板材
。
[0015]所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金的制备方法，步骤
(2)
中，均质化处理温度为
1000
～
1250℃
，保温时间为1～
4h
，水冷至室温；轧制变形处理为室温轧制，合金板材轧制方向沿长度方向，每轧制完一道次后合金板材旋转
180
°
，每道次轧制压下量为
0.1
～
0.3mm
，直至合金板材厚度变形量为
60
％～
80
％
。
[0016]所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金的制备方法，步骤
(2)
中，退火温度为
900
～
1100℃
，保温时间为
0.5
～
2.5h
，空冷至室温；时效温度为
500
～
900℃
，保温时间为1～
500h
，水冷至室温
。
[0017]本专利技术的设计思想是：
[0018]本专利技术主要从两方面设计的，一方面是成分设计，添加
Fe、Cr、Al
元素，使材料在高温液态铅铋环境中表面快速形成具有较好保护性的氧化膜，但考虑到这三种元素难以使材料快速形成保护性更好的
Al2O3膜，因此在材料中添加
Ti
元素促进
Al2O3膜形成，大大提高材料的抗液态铅铋腐蚀性能
。
此外，由于前面添加的四种元素使材料的强度高，塑性差
。
因此，有必要添加
Ni
元素，使该高熵合金形成面心立方和体心立方双相结构，达到较好的强塑性协同
。
同时，需控制好添加
Ni
的含量，避免在液态铅铋中具有高溶解度的
Ni
元素溶出和铅铋的渗入
。
另一方面是热处理工艺设计，通过冷轧
、
高温再结晶退火以及低温时效，得到合适的晶粒大小，有利于提高抗液态铅铋腐蚀性能，并达到更好的强塑性协同
。
[0019]另外，本专利技术通过电弧熔炼和铜模铸造法制备出合金板材，将合金板材进行均质化处理和轧制变形后，再进行退火和时效处理，获得了具有面心立方基体和体心立方有序析出相的双相组织结构，该结构使
FeNiCrAlTi
高熵合金具备高强韧性
。
此外，
FeNiCrAlTi
高熵合金在液态铅铋环境中能形成具有保护性
Cr、Al
氧化膜，且该合金含少量
Ti
元素促进保护性
Al2O3膜形成，阻碍液态铅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金，其特征在于，按重量百分比计，该高熵合金的化学成分如下：
Fe
：
35
～
55
％；
Ni
：
20
～
35
％；
Cr
：
10
～
20
％；
Al
：5～
15
％；
Ti
：1～
10
％
。2.
根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金，其特征在于，该高熵合金的微观组织特点为面心立方和体心立方双相结构
。3.
根据权利要求2所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金，其特征在于，面心立方相为
Fe
和
Cr
富集的无序结构基体相；体心立方相为有序的
B2
‑
Ni(Al,Ti)
相，弥散分布于面心立方基体相中
。4.
根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金，其特征在于，该高熵合金室温条件下的屈服强度为
900
～
1100MPa
，抗拉强度为
1200
～
1300MPa
，延伸率为
10
～
20
％
。5.
一种权利要求1至4之一所述的耐液态铅铋腐蚀的
FeNiCrAlTi
高熵合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
按预设成分配比称取原材料，将原材料放入真空腔室在隋性气氛保护下进行电弧熔炼制备合金锭，再利用铜模铸造法浇铸成合金板材；
(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭季波，朱广剑，庞景宇，吴欣强，张宏伟，张兹瑜，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：