[发明专利]一种耐辐照高熵合金

说明书

本发明提供一种耐辐照高熵合金。所述耐辐照高熵合金的通式为TiZrHfVMoTa_xNb_y，其中0.05≤x≤0.25,0.05≤y≤0.5,x和y为摩尔比。该耐辐照高熵合金的制备方法包括以下步骤：将Ti、Zr、Hf、V、Mo、Ta和Nb按顺序混合后采用真空电磁悬浮感应熔炼或真空电弧熔炼，获得耐辐照高熵合金。本发明高熵合金耐辐照性能优异，氦离子模拟辐照不产生辐照硬化损伤、氦气泡尺寸和传统和金相当的情况下，气泡密度远低于传统合金，且辐照后的晶格常数反常减小，远超传统合金的耐辐照性能，且具有很好的强度和塑性，其铸态下的压缩屈服强度高达1.1Gpa，压缩率延伸率超过50％。

技术领域

本发明涉及合金技术，尤其涉及一种耐辐照高熵合金。

背景技术

核电站使用的结构材料通常要求具有良好的综合性能，如优异的力学性能和耐辐照性等。而对于核反应堆中使用的燃料包壳材料，其抗辐射性能尤为重要。核反应产生的大剂量的中子辐照会在材料中产生空位，位错和元素的偏聚，同时嬗变反应产生的H和He原子的聚集，会进一步导致材料肿胀、硬化、脆化以至于材料失效。目前，核电站所用的燃料包壳材料和关键金属部件，在辐照时都会发生晶格膨胀和辐照硬化损伤，加速了金属失效过程。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有传统合金辐照性能差的问题，提出一种耐辐照高熵合金，该合金耐辐照性能远超传统合金，同时铸态下具有良好的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种耐辐照高熵合金，通式为TiZrHfVMoTa_xNb_y，其中0.05≤x≤0.25,0.05≤y≤0.5,x和y是摩尔比。

进一步地，所述通式TiZrHfVMoTa_xNb_y中0.1≤x≤0.2,0.1≤y≤0.2。

本发明的另一个目的还公开了一种耐辐照高熵合金的制备方法，包括以下步骤：将Ti、Zr、Hf、V、Mo、Ta和Nb按顺序堆放后采用真空电磁悬浮感应熔炼或真空电弧熔炼，获得耐辐照高熵合金。

进一步地，所述熔炼过程包括以下步骤：熔配合金时，所述Ti、Zr、Ta和V放在最下面，所述Nb、Mo和Hf放在最上面。

进一步地，所述熔炼过程中，抽真空至5×10^-3Pa至3×10^-3Pa，然后反冲氩气至0.03至0.05MPa。

进一步地，真空电弧熔炼时，合金铸锭翻转熔炼五至七次，以保证成分均匀。

进一步地，真空电磁悬浮感应熔炼时，合金铸锭翻转熔炼四至六次，以保证成分均匀。

进一步地，Ti、Zr、Hf、V、Ta、Nb和Mo皆选用纯度为99.5wt％以上的工业级纯原料。

本发明的另一个目的还公开了所述耐辐照高熵合金在核电站反应堆内燃料包壳材料或核电站关键金属部件的用途。

本发明耐辐照高熵合金配方科学、合理，其制备方法简单、易行。本发明所述耐辐照硬化合金与现有技术相比较具有以下优点：

1、本发明耐辐照高熵合金包含了特定的元素选择和组配，其中Mo、Nb、Ta和V元素能提高合金的高温性能；Ti元素能增加合金的耐蚀性；Zr元素有着优异的中子穿透性；Hf元素可以提高合金的使用温度。

2、该合金铸态下力学性能优良，在真空感应熔炼或真空电弧熔炼条件下得到的铸锭为单相BCC结构，无需经过任何热处理工艺和变形强化工艺处理，其室温下工程压缩屈服强度超过1.1Gpa，压缩率延伸率超过50％。

3、本发明耐辐照高熵合金的耐离子辐照硬化性优异，经离子辐照实验检测，本发明合金几乎没有出现辐照硬化的现象。