[发明专利]一种稀土氧化物颗粒增强钨钒固溶合金及其制备方法

说明书

本发明涉及等离子体材料技术领域，公开了一种稀土氧化物颗粒增强钨钒固溶合金的制备方法，包括如下步骤：S1、将钨酸盐和钒酸盐溶于水中得到混合溶液；再将可溶性稀土盐和三乙醇胺溶于水中，然后加入至混合溶液中，待溶液体系充分混合后加入草酸，加热搅拌至溶液完全蒸发得到前驱体；S2、将前驱体研磨成细粉，置于烧舟中。本发明设提出的稀土氧化物颗粒增强钨钒固溶合金的制备工艺成本低，且可以有效减少杂质的混入，并具有批量化制备粉体的能力；所制备的粉体为纳米晶，尺寸在100nm左右，且粒度可控；烧结后得到的合金材料实现了W包覆氧化物的核壳结构，W颗粒界面洁净，无氧化物颗粒偏析。

技术领域

本发明涉及等离子体材料技术领域，尤其涉及一种稀土氧化物颗粒增强钨钒固溶合金及其制备方法。

背景技术

目前，聚变反应堆能够为我们未来的需求提供大量的清洁能源和无限的可用燃料，与裂变反应堆相比，它对我们生活环境的辐射影响可以忽略不计。然而，高热流密度和中子辐照会对面向等离子体的部件造成很大的损伤。钨(W)由于其在高温下的耐久性，被认为是聚变反应堆面向等离子体制造材料的有力候选材料。然而，为了在极端服役环境中更好地应用，它的一些特性需要改进。为了提高钨的机械性能，在钨基材料中引入了不同的稀土氧化物，如钇(Y₂O₃)、镧(La₂O₃)等，由于氧化物颗粒(Y₂O₃)具有高熔点(2410℃)和稳定的物理化学性能，且W-Y₂O₃合金具有优异的力学性能、抗热震损伤和抗辐射损伤性能。所以在W基体中掺杂纳米氧化物Y₂O₃颗粒被认为是最有希望的未来聚变堆候选材料之一。由于Y₂O₃颗粒大多位于晶界，异质相的增加往往充当裂纹源而饱受诟病，所以现如今有很多人尝试将Y₂O₃颗粒完全包覆于晶内，研究表明包覆于晶内的W–Y–O合金确实提高了纯W在室温下的韧性。

另一方面，钒(V)合金由于其独特的承受强中子辐照的能力和良好的力学性能，被认为是核反应堆非常好的结构材料。多项研究表明，V可以与W形成固溶体从而显著改善W的力学性能。然而，在实际的制造过程中(机械合金化和烧结)，很难获得完整的固溶体。

所以通过一种方法在得到完整W-V固溶体的情况下同时实现W-V固溶体包覆Y₂O₃结构的合金材料是一项巨大的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土氧化物颗粒增强钨钒固溶合金及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种稀土氧化物颗粒增强钨钒固溶合金的制备方法，包括如下步骤：

S1、将钨酸盐和钒酸盐溶于水中得到混合溶液；再将可溶性稀土盐和三乙醇胺溶于水中，然后加入至混合溶液中，待溶液体系充分混合后加入草酸，加热搅拌至溶液完全蒸发得到前驱体；

S2、将前驱体研磨成细粉，置于烧舟中，将盛装有细粉的烧舟放入还原炉中，在氢气气氛中进行三步还原；

S3、将S2所得还原产物装入石墨模具中，采用冷等静压将粉末压实，然后采用保温阶段连续加压方式烧结得到合金。

优选的，S1中，钨酸盐为偏钨酸铵、仲钨酸铵或钨酸铵。

优选的，S1中，钼酸盐为偏钒酸铵，S1中，可溶性稀土盐为钇的硝酸盐、草酸盐、碳酸盐、氯化物或硫酸盐。

优选的，S1中，V元素在前驱体中所占质量百分比与W元素在前驱体中所占质量百分比的比为0.5-5：100。