一种钨铼钾合金板材的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于粉末冶金技术领域，公开了一种钨铼钾合金板材及其制备方法及应用，该制备方法包括以下步骤：喷雾干燥制粉

【技术实现步骤摘要】
一种钨铼钾合金板材的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及粉末冶金
，具体涉及一种钨铼钾合金板材的制备方法及其应用
。

技术介绍

[0002]核聚变反应堆中的面向等离子体第一壁材料在高通量等离子体轰击和快中子辐照等极端复杂严苛的环境下工作，它是聚变堆的核心关键材料
。
金属钨凭借其高熔点
、
高热导率
、
高溅射阈值
、
低氚滞留和低腐蚀速率等优点，被认为是用于聚变堆面向等离子体材料的最佳候选材料之一
。
然而，钨仍然存在一些缺点，如高塑脆转变温度
、
低再结晶温度和辐照诱导硬化等问题，这极大地限制了其在聚变堆中的工程应用
。
为解决上述问题，科研人员采用了多种改善方法，如弥散强化
(
引入碳化物
、
氮化物
、
钾气泡等
)、
固溶强化
(
添加铼
、
铪
、
钽等
)
和结构优化
(
热轧
、
热锻等
)。
其中，钨铼钾板材被认为是适用于聚变堆面向等离子体第一壁材料的最佳选择
。
通过
"
铼效应
"
，钨合金的再结晶温度得以提高，塑性显著改善，可加工性得到提升
。
另外，微量钾元素的掺杂形成的钾泡对钨晶粒的长大起到钉扎作用，提高了低温韧性和高温强度
。
因此，聚变堆用钨铼钾板材成为国内外研究的热点
。
[0003]为发挥钨铼钾合金的高热导
、
高强韧和高再结晶温度等优势，需要通过大变形量加工来获得钨铼钾板材
。
然而，钨铼钾合金是一种难以变形的材料，钾气泡的引入导致钨铼钾板坯的致密度降低，加工变形困难
。
此外，铼的引入还会导致板材在加工过程中严重硬化，且合金的组织和性能对变形工艺参数非常敏感
。
目前，关于钨铼钾合金板材制备技术的报道相对较少
。
采用传统的粉末冶金轧制钨板工艺容易导致钨铼钾合金板材的变形和开裂，因此，迫切需要开发一种能够解决钨铼钾合金板材难加工
、
易开裂问题的制备工艺，以满足在聚变堆中使用钨铼钾合金板材的工程需求
。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开了一种钨铼钾合金板材的制备方法及其应用，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题
。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种钨铼钾合金板材，该钨铼钾合金板材的各个组分的质量百分比为：钨
95
‑
99
％
、
铼1‑5％和钾
0.005
％
‑
0.01
％
。
[0006]本专利技术提供一种钨铼钾合金板材的制备方法，所述制备方法依次包括以下步骤：
[0007]S1)
按照设计配比，分别称取相应质量的偏钨酸铵
、
铼酸铵
、
硝酸铝和硅酸钾，完全搅拌溶解后进行喷雾干燥制备出前驱体粉末，并经氢还原制得掺杂钨铼合金粉；
[0008]S2)
将
S1)
制备的掺杂钨铼合金粉装入胶套中进行冷等静压，压制出掺杂钨铼合金板生坯；
[0009]S3)
将
S2)
压制的生坯在氢气氛围下进行低温预烧，去除生坯中的杂质氧元素；
[0010]S4)
将
S3)
预烧后的生坯在氩气氛围下进行热压烧结，得到钨铼钾合金板材熟坯
。
[0011]S5)
将
S4)
热压烧结得到的钨铼钾合金熟坯进行大变形量轧制加工，退火后得到钨
铼钾合金板材
。
[0012]进一步，所述
S1)
中的具体工艺为：
[0013]S1.1)
将称取相应质量的偏钨酸铵
、
铼酸铵
、
硝酸铝和硅酸钾置于装有去离子水的搅拌釜当中，进行油浴加热搅拌，得到澄清溶液；
[0014]S1.2)
将澄清溶液送入喷雾干燥设备中进行喷雾干燥制备出前驱体粉末；
[0015]S1.3)
将前驱体粉末平铺于钨舟中进行氢还原，随炉冷却后得到掺杂钨铼合金粉
。
[0016]进一步，所述
S1.2)
中的进风温度
180
‑
200℃
，进料速率3‑
5L/h
；
[0017]所述
S1.3)
中的氢还原参数为：先在
300
‑
500℃
下保温1‑
3h
，再升温到
900
‑
1000℃
下保温4‑
6h
，氢气流量维持在3‑
5L/min。
[0018]进一步，所述
S2)
中的冷等静压参数为：冷等静压压力
180
‑
220MPa
，保压时间
10
‑
15min。
[0019]进一步，所述
S3)
中的低温预烧结参数为：烧结温度
1000
‑
1500℃
，保温时间4‑
6h
，流动氢气烧结气氛
。
[0020]进一步，所述
S4)
中的热压烧结参数为：烧结温度
1700
‑
2000℃
；保温时间1‑
2h
；烧结压力
30
‑
50MPa。
[0021]进一步，所述
S5)
中轧制加工需先将钨铼钾合金板熟坯在
1400
‑
1500℃
下加热
0.5
‑
1h
后立即拿出进行轧制，板坯总变形量控制在
70
‑
80
％
。
所述退火温度为
900
‑
1100℃
，退火时间
0.5
‑
2h。
[0022]本专利技术另一方面提供了由上述方法制得的钨铼钾合金板材，板材内部无微裂纹，边部无开裂
、
变形，成材率高达
90
％以上
。
[0023]本专利技术的有益效果是：由于采用上述技术方案，本专利技术的制备方法采用喷雾干燥方法制备钨铼钾前驱体粉末，这种方法能够提升铼和钾元素在钨基体中的分布均匀性，制备的钨铼钾合金粉体细小均匀且烧结活性较高
。
[0024]通过低温预烧除氧和热压致密化烧结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钨铼钾合金板材的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
S1)
按照钨铼钾合金板材设计配比，分别称取相应质量的偏钨酸铵
、
铼酸铵
、
硝酸铝和硅酸钾，完全溶解搅拌后进行喷雾干燥制备出前驱体粉末，并经氢还原制得掺杂钨铼合金粉；
S2)
将
S1)
制备的掺杂钨铼合金粉装入胶套中进行冷等静压，压制出掺杂钨铼合金板生坯；
S3)
将
S2)
压制的生坯在氢气氛围下进行低温预烧，去除生坯中的杂质氧元素；
S4)
将
S3)
预烧后的生坯在氩气氛围下进行热压烧结，得到钨铼钾合金板材熟坯；
S5)
将
S4)
热压烧结得到的钨铼钾合金熟坯进行变形量轧制加工，退火后得到钨铼钾合金板材
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述
S1)
中钨铼钾合金板材的设计配比为：钨
95
‑
99wt
％，铼1‑5％
wt
％和钾
0.005
％
‑
0.01wt
％％
。3.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述
S1)
中的喷雾干燥的进风温度
180
‑
200℃
，进料速率3‑
5L/h
；所述氢还原参数为：先在
300
‑
500℃
下保温1‑
3h
，再升温到
900
‑
1000℃
下保温4‑
6h

【专利技术属性】
技术研发人员：李诵斌，习瑶瑶，谌日葵，易锦伟，吴俊杰，刘孝青，冯永山，陈飞鹏，李阁平，
申请(专利权)人：江西铜业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：