[发明专利]一种低活化高强度多组元合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低活化高强度多组元合金及其制备方法，通过向富Fe元素的多组元基体中引入少量的Ta、W元素，并利用合适的热处理工艺获得具有大量弥散Laves相析出的高强度耐辐照的合金组织；该方法优化后的合金包括下述组分按原子百分比组成，Fe 25～48％、Cr 29～43％、V 5～33％、Ta 0.2～3％、W 2.5～6.5％。本发明制备的多组元合金材料由低活化元素构成，满足了聚变堆等装备使用材料的基本要求，具有相较于目前已有核用材料更为优异的综合力学性能和更有潜力的耐辐照性能，因此可作为高强韧耐辐照合金应用于核工业、航天和国防科技等领域。

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及到一种低活化高强度多组元合金及其制备方法。

背景技术

随着聚变堆技术与第四代裂变堆技术的飞速发展，其更为苛刻的服役环境对核用材料的感生放射性、抗辐照性能、高温辐照强度等提出了更高的要求，低活化高强度合金的设计开发迫在眉睫。目前正在广泛研究并已开始在初代实验堆中使用的低活化铁素体/马氏体钢与低活化弥散氧化物钢虽一定程度上已满足了在不高于923K区间内的使用要求，但依旧无法满足更高服役温度环境下的使用需要。V-4Cr-4Ti和SiC复合材料虽满足低活化与高温强度的要求，但是其各自在氚滞留、辐照脆化、焊接和经济性等方面存在的巨大缺点限制了其后续的发展。因此，可服役于聚变堆与新一代裂变堆的新型低活化高强度合金有待进一步设计开发。

不同于传统单一主元合金，多组元合金由多种主元(每种主元含量＞5at.％)组成，其成分复杂性使其相较于传统合金在高温强度、抗辐照性能和抗腐蚀性能方面更具有优势。现有研究表明，FeCoNiMnCr、AlFeCrNiMn和HfNbTaTiZr等体系的多组元合金的均具有较好的抗辐照性能。但是，一方面现已研究的多主元合金并未充分兼顾低活化与高温强度的要求；另一方面，较适宜于作为核用材料的难熔多组元合金，也依旧存在室温脆性、高温相变以及合金成本较高等问题。因此，开发在室温与高温(＞923K)下具备高强韧性与低成本的低活化多组元合金具有极大的现实意义与价值。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明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发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的低活化核用材料室温与高温强塑性不足的问题，提出了本发明。

本发明的其中一个目的是提供一种低活化高强度多组元合金，通过在富Fe的多主元合金中引入少量Ta、W元素，并利用适当的热处理工艺诱发大量弥散的Laves相析出，以此来在保证合金塑性的同时提高其高温强度。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种低活化高强度多组元合金，所述合金具有大量弥散Laves相析出，所述合金按原子百分比计包括，Fe 25～48％、Cr29～43％、V 5～33％、Ta 0.2～3％、W 2.5～6.5％；

其中，Fe、Cr、V的原子百分含量之和≤97％且≥90.5％；Ta、W的原子百分含量之和≥3％且≤9.5％；各组分原子百分比之和为100％。

作为本发明低活化高强度多组元合金的一种优选方案，其中：所述合金按原子百分比计包括，Fe 29～44％、Cr 29～43％、V 7～33％、Ta 0.2～3％、W 2.5～5％；

作为本发明低活化高强度多组元合金的一种优选方案，其中：所述合金具有如下特性：

(a)室温下压缩屈服强度为1000～1800MPa；

(b)室温下压缩应变值大于15％；

(c)1073K下压缩屈服强度为500～1200MPa；

(d)1073K下压缩应变高于50％。