【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属材料，具体涉及到一种抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金及其制备方法。
技术介绍
1、随着先进核反应堆技术的发展，核材料的辐照剂量不断增加。针对聚变堆中的氘氚核聚变反应后，除了反应产生高能中子辐照外，同时可产生3.5mev高能he离子，反应产物的能量远高于裂变堆核反应产物，且材料会受到氦、氢及其同位素等气体原子的影响，相应的核能材料辐照损伤也更加剧烈。辐照对材料的不利影响主要表现为辐照位错、孔洞、氦泡、辐照硬化和脆化等，严重时会导致材料的力学性能严重恶化、体积肿胀等，威胁反应堆的安全运转。因此，发展先进核反应堆，首先要解决的重要问题之一便是材料，必须有效地提高材料的抗辐照性能。同时，为避免与中子反应后高放射性产物的生成，对材料也具有低活化的要求。
2、近年来，由于晶格畸变效应和迟滞扩散等原因，多组元合金在抗辐照方面表现出独特的优势。由于原子扩散缓慢，单相浓固溶体合金的成分复杂性的增加将显著抑制辐照诱导偏析的水平[c lu,t yang,k jin,et al.acta materialia.2017,127:98-107.]。此外，高熵合金中的晶格畸变与高密度空位可增加氦泡的形核点，避免氦泡在晶界处的优先形核生长，从而降低了晶界脆性[y lu,hhuang,x gao,et al.journal of materialsscience&technology.2019,35(3):369-373.]。
3、钨作为熔点最高的金属之一，具有物理溅射率低、低氚滞留、辐照后肿胀低
技术实现思路
1、本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
3、本专利技术的其中一个目的是提供一种抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金，其合金成分的原子百分比为w13～16％、ta 13～16％、cr 30～35％、v 33～38％。
4、为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金，包括，通过高能球磨方法，将原料粉末混合均匀并初步合金化，随后通过快速热压烧结(fhp)和适当温度热处理，制备得到具有目标结构与性能的块体合金材料。
5、作为本专利技术抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金的一种优选方案，所述合金具有如下特性：
6、(a)合金以bcc无序固溶体为基体，弥散分布高密度共格有序纳米析出相，其中纳米析出相的面积分数大于20％，析出相片层厚度小于80nm；
7、(b)室温下，400kev氦离子辐照剂量2×1017ions/cm2，所述合金中平均氦泡尺寸小于1nm，辐照硬化不高于20％；
8、(c)450℃，400kev氦离子辐照剂量2×1017ions/cm2，所述合金中平均氦泡尺寸小于1.5nm，辐照硬化不高于30％。
9、本专利技术的另一个目的是提供一种抗辐照、低活化、难熔w-ta-cr-v系多组元合金的制备方法，包括，按合金的原子百分比配取原料粉末，在惰性气体保护条件下进行高能球磨，粉末筛分后装模烧结，热处理获得合金。
10、作为本专利技术抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：高能球磨使用硬质合金球与硬质合金罐，氩气保护下球磨球磨转速为200～300rpm，球磨总时间2000～3000min。
11、作为本专利技术抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：硬质合金球与合金各组分总粉末的质量比例为5：1～10：1。
12、作为本专利技术抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：烧结时的真空度30～40pa，升温速度50～150℃/min。
13、作为本专利技术抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：烧结温度1400～1700℃，保温时间5～30min。
14、作为本专利技术抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金的制备方法的一种优选方案，其中：1100～1300℃热处理30～90min后，进行空冷或水冷淬火。
15、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
16、(1)本专利技术w-ta-cr-v系多组元合金全部采用低活化元素，嬗变活化产物较少，具有低活化特征。在核反应堆中服役后感生放射性大幅降低。
17、(2)本专利技术w-ta-cr-v系多组元合金以bcc无序固溶体为基体，具有高密度共格有序纳米析出相，晶格畸变程度大，扩散迟滞，相对于纯钨展现出优异的抗氦离子辐照行为。室温与高温氦离子辐照后，纯w的辐照硬化分别为49.2％与54.9％，而本专利技术的w-ta-cr-v系多组元合金辐照硬化仅为13.1％与16.1％。
18、(3)本专利技术针对先进核能系统对材料抗辐照性能的高要求，通过筛选低活化元素，结合粉末冶金方法开发出一种抗辐照、低活化、难熔w-ta-cr-v系多组元合金。该合金成分复杂，晶格畸变程度高，同时含有高密度共格有序纳米析出相结构，高能氦离子辐照后相对于纯w材料展现出更优异的抗辐照性能，有望应用于先进核反应堆抗辐照材料或面向等离子体材料的表面抗辐照涂层。
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1.一种抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多组元合金，其特征在于：所述合金按原子百分比计包括，W 13～16％、Ta 13～16％、Cr 30～35％、V 33～38％。
2.如权利要求1所述的抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多组元合金，其特征在于：
3.如权利要求1或2所述的抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多组元合金的制备方法，其特征在于：包括，按合金的原子百分比配取各组分，在真空或惰性气体保护条件下进行高能球磨，粉末筛分后装模烧结，热处理获得合金。
4.如权利要求3所述的抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多组元合金的制备方法，其特征在于：所述合金原料粉末在惰性气体保护条件下进行高能球磨，高能球磨使用硬质合金球与硬质合金内衬容器，球磨转速200～300rpm，球磨总时间为2000～3000min。
5.如权利要求4所述的抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多组元合金的制备方法，其特征在于：所述硬质合金球与合金原料粉末的质量比例为5：1～10：1。
6.如权利要求3所述的抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多
7.如权利要求6所述的抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多组元合金的制备方法，其特征在于：所述烧结，烧结温度1400～1700℃，保温时间5～30min，烧结时保压30-50MPa。
8.如权利要求7所述的抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多组元合金的制备方法，其特征在于：所述烧结，烧结温度1500℃，保温时间10min，烧结时压力50MPa。
9.如权利要求4所述的抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多组元合金的制备方法，其特征在于：1100～1300℃热处理30～90min后，进行空冷或水冷淬火。
10.如权利要求9所述的抗辐照低活化难熔W-Ta-Cr-V系多组元合金的制备方法，其特征在于：1200℃热处理60min后，进行水冷淬火。
...【技术特征摘要】
1.一种抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金，其特征在于：所述合金按原子百分比计包括，w 13～16％、ta 13～16％、cr 30～35％、v 33～38％。
2.如权利要求1所述的抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金，其特征在于：
3.如权利要求1或2所述的抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金的制备方法，其特征在于：包括，按合金的原子百分比配取各组分，在真空或惰性气体保护条件下进行高能球磨，粉末筛分后装模烧结，热处理获得合金。
4.如权利要求3所述的抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金的制备方法，其特征在于：所述合金原料粉末在惰性气体保护条件下进行高能球磨，高能球磨使用硬质合金球与硬质合金内衬容器，球磨转速200～300rpm，球磨总时间为2000～3000min。
5.如权利要求4所述的抗辐照低活化难熔w-ta-cr-v系多组元合金的制备方法，其特征在于：所述硬质合金球与合金原料粉末的质量比例为5：...
【专利技术属性】
技术研发人员：李志明，汪鑫凯，刘彬，甘科夫，严定舜，张勇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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