[发明专利]一种钨钾合金及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种钨钾合金及其制备方法和应用。本发明提供的钨钾合金的制备方法，包括以下步骤1)将钨的氧化物与Ksubgt;2/subgt;SiOsubgt;3/subgt;、KCl和Al(NOsubgt;3/subgt;)subgt;3/subgt;混合，然后干燥、还原得到掺杂钨粉；2)将步骤1)中掺杂钨粉进行压坯、烧结，得到钨钾合金块体；3)将步骤2)中的钨合金块体在保护气氛下加热，1400‑1650℃下热轧，总轧制变形量40‑70％，退火后得到所述钨钾合金。本发明通过精准的控制热轧温度以及热轧变形量，得到的钨钾合金具有强{001}面织构，有效提高钨钾合金的抗辐照能力。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种钨钾合金及其制备方法和应用。

背景技术

核聚变反应堆中的面向等离子体壁材料需要在高温、高热负荷冲击、高能粒子轰击等极端苛刻的条件下服役，是聚变能开发的关键。金属钨(W)因具有高熔点(3410℃)、优异的高温强度、高弹性模量、良好的导热性能、低膨胀系数和低氚滞留率等优良性能，被认为是未来聚变反应堆中最有前途的面向等离子材料(PFMs)之一。然而，W的低温脆性(即相对较高的韧脆转变温度DBTT)、再结晶脆性和辐照脆性以及不理想的辐照性能等缺点严重制约了W在核能领域的工程应用。

为了缓解以上问题，研究人员一直致力于通过机械合金化、热锻或热轧等机械加工方法开发先进W基合金。一方面，第二相掺杂引起的细小晶粒增大了晶界面积，从而降低了晶界平均杂质浓度，进而降低了材料的DBTT；另一方面，纳米第二相粒子由于钉住效应可以延缓位错和晶界的移动，从而提高材料的力学性能。与纯钨相比较，钨钾合金基体中存在几十纳米的钾泡，因而具有更优异的高温稳定性、塑韧性及抗辐照性能，钨钾也正成为面向等离子体材料的重要候选之一。

相关文献研究表明，具有低指数晶面如{001}面织构的纯钨具有更优异的抗辐照性能。因此，调控钨钾合金织构使其具有强{001}面织构，理论上可以进一步提高其抗辐照性能。钨钾合金最早应用于白炽灯的灯丝，也被称作“掺杂钨丝”、“抗下垂钨丝”、“钨铝丝”等。因为钨钾合金早期主要以丝状为应用状态，所以钨钾合金的织构研究主要集中在丝织构方面，而几乎不存在面织构的控制研究。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中缺少有关钨钾合金强{001}面织构的研究、钨钾合金抗辐照性能有待进一步提升等缺陷，从而提供一种钨钾合金及其制备方法和应用。

本发明提供一种钨钾合金的制备方法，包括以下步骤：

1)将钨的氧化物与K₂SiO₃、KCl和Al(NO₃)₃混合，然后干燥、还原得到掺杂钨粉；

2)将步骤1)中掺杂钨粉进行压坯、烧结，得到钨钾合金块体；

3)将步骤2)中的钨合金块体在保护气氛下加热，1400-1650℃下热轧，总轧制变形量40-70％，退火后得到所述钨钾合金。

优选的，步骤3)中热轧温度为1450-1650℃，热轧总轧制变形量为55-65％。

优选的，步骤1)中所述K₂SiO₃占钨的氧化物的总质量百分比为0.2-0.4％；本发明对步骤1)中的溶液浓度和混合方式不进行限定，可选的溶液与固体均匀浸润即可，干湿程度适当，既不露出液体，粉体也没有干的粉体。

所述KCl占钨的氧化物的总质量百分比为0.4-0.7％；

所述Al(NO₃)₃占钨的氧化物的总质量百分比为0.05-0.15％。