CN107299269B - 一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107299269B
CN107299269B CN201710436304.6A CN201710436304A CN107299269B CN 107299269 B CN107299269 B CN 107299269B CN 201710436304 A CN201710436304 A CN 201710436304A CN 107299269 B CN107299269 B CN 107299269B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
high temperature
composite material
sintering
resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710436304.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107299269A (zh
Inventor
罗来马
黄科
刘家琴
昝祥
刘东光
朱晓勇
吴玉程
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei University of Technology
Original Assignee
Hefei University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei University of Technology filed Critical Hefei University of Technology
Priority to CN201710436304.6A priority Critical patent/CN107299269B/zh
Publication of CN107299269A publication Critical patent/CN107299269A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107299269B publication Critical patent/CN107299269B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/04—Alloys based on tungsten or molybdenum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/045—Alloys based on refractory metals

Abstract

本发明公开了一种抗高温氧化的W‑Cr‑Al复合材料及其制备方法，其中抗高温氧化W‑Cr‑Al复合材料的掺杂合金元素为Cr与Al，各组分按质量百分比构成为：Cr 8‑16％，Al 1‑4％，余量为W。向W粉中掺杂合金中间相粉末，经过放电等离子烧结制备合金样品。在800‑1200℃的高温含氧的气氛中，Cr与Al分别氧化形成Cr2O3与Al2O3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而显著提高了W基材料在高温含氧环境中的抗氧化性能。

Description

一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种金属复合材料及其制备方法，具体地说是一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法。
二、背景技术
受控热核聚变能是人类社会未来的理想能源，被认为是可以有效解决人类未来能源需求的主要出路之一。钨具有高熔点、高热导、对氘和氚的吸附量极小、放射性低、不与H反应、抗溅射能力强等特点，从目前研究来看，钨被认为是最有前景的PFMs(Plasma FacingMaterials)。但聚变反应堆出现冷却剂失效的事故时，空气将进入真空的反应堆中，PFMs将承受1200℃的瞬时温度。在实际应用中，潮湿空气中氧气与水蒸气的协同作用使得钨材料迅速氧化。为了研发自钝化的智能钨合金，国内外研究人员采用了掺杂Cr元素对钨的抗氧化性能进行改善。W-Cr二元合金形成致密氧化层Cr2O3，但长期暴露于高温氧化环境中Cr2O3氧化层难以保持稳定，无法维持长期的钝化。因此向W-Cr二元合金体系中加入活化元素，提高合金的抗氧化性能。
目前，研究报道掺杂W-Cr合金较多的活化元素主要有Ti、Y、Ni元素等。然而采用Al元素掺杂W-Cr合金未见报道。Cr、Al掺杂W基合金可以显著提高W合金的抗氧化性能。
三、发明内容
本发明旨在提供一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法，经过烧结制备的抗高温氧化W-Cr-Al复合材料的抗高温氧化与抗水雾高温氧化性能得到显著提高。
本发明抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料，其掺杂合金元素为Cr与Al，其中各组分按质量百分比构成为：Cr 8-16％，Al 1-4％，余量为W。
本发明抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：制粉
将钨粉与Cr/Al中间相合金粉在400转/分钟的混粉机中搅拌混合2小时，获得W-Cr-Al复合粉末；搅拌混合过程中，粉料的体积控制在混料罐体积的三分之一。
钨粉的颗粒尺寸为1-10微米，Cr/Al中间相合金粉的颗粒尺寸为10-20微米。
步骤2：烧结
将W-Cr-Al复合粉末装入石墨模具，再将石墨模具放入放电等离子烧结炉中，室温下对烧结炉抽真空，依次升温至1200℃保温15分钟、1600℃保温3min，保温结束后降至室温，即得到W-Cr-Al复合材料。
烧结过程中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
烧结过程中，在升温至1000℃时充入氩气作为保护气进行负压烧结，烧结中控制压强不超过47.3MPa。
本发明的有益效果体现在：
在800-1200℃高温含氧的气氛中，Cr与Al分别氧化形成Cr2O3与Al2O3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了W基体抗氧化性能。与传统的机械球磨制备相比，Cr/Al中间相合金粉末可以有利的抑制Cr、Al元素活性，防止材料制备时被氧化。烧结再结晶温度以下保温过程中Cr与W发生扩散，形成无限置换固溶体，固溶强化提高了硬度，同时提高了W晶粒内部的抗氧化性能。高温氧化过程中，Cr与Al分别氧化形成Cr2O3与Al2O3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了W基体抗氧化性能。与目前研究较多的W-Cr二元合金相比，掺杂Al元素吸附了杂质，稳化Cr2O3氧化层。
四、具体实施方式
实施例1：
本实施例中抗高温氧化W-Cr-Al复合材料，其掺杂合金元素为Cr与Al，其中各组分按质量百分比构成为：Cr 8％，Al 4％，余量为W。
本实施例中抗高温氧化W-Cr-Al复合材料的制备方法如下：
1、制粉：将钨粉与Cr/Al中间相合金粉在400转/分钟的混粉机中搅拌混合2小时，获得W-Cr-Al复合粉末；钨粉的颗粒尺寸为1微米，Cr/Al中间相合金粉的颗粒尺寸为10微米。
2、烧结：将W-Cr-Al复合粉末装入石墨模具，再将石墨模具放入放电等离子烧结炉中，室温下对烧结炉抽真空，依次升温至1200℃保温15分钟、1600℃保温3min，在升温至1000℃时充入氩气作为保护气进行负压烧结，烧结中控制压强不超过47.3MPa；保温结束后降至室温，即得到W-Cr-Al复合材料。
烧结过程中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
在800-1200℃高温含氧的气氛中，Cr与Al分别氧化形成Cr2O3与Al2O3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了W基体抗氧化性能。W-Cr-Al复合材料具有良好的抗高温氧化性能，在800-1200℃高温氧化20小时增重量为纯钨增重量的6％-13％。
实施例2：
本实施例中抗高温氧化W-Cr-Al复合材料，其掺杂合金元素为Cr与Al，其中各组分按质量百分比构成为：Cr 12％，Al 2％，余量为W。
本实施例中抗高温氧化W-Cr-Al复合材料的制备方法如下：
1、制粉：将钨粉与Cr/Al中间相合金粉在400转/分钟的混粉机中搅拌混合2小时，获得W-Cr-Al复合粉末；钨粉的颗粒尺寸为5微米，Cr/Al中间相合金粉的颗粒尺寸为15微米。
2、烧结：将W-Cr-Al复合粉末装入石墨模具，再将石墨模具放入放电等离子烧结炉中，室温下对烧结炉抽真空，依次升温至1200℃保温15分钟、1600℃保温3min，在升温至1000℃时充入氩气作为保护气进行负压烧结，烧结中控制压强不超过47.3MPa；保温结束后降至室温，即得到W-Cr-Al复合材料。
烧结过程中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
在800-1200℃高温含氧的气氛中，Cr与Al分别氧化形成Cr2O3与Al2O3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了W基体抗氧化性能。W-Cr-Al复合材料具有良好的抗高温氧化性能，在800-1200℃高温氧化20小时增重量为纯钨增重量的6％-13％。
实施例3：
本实施例中抗高温氧化W-Cr-Al复合材料，其掺杂合金元素为Cr与Al，其中各组分按质量百分比构成为：Cr 12％，Al 4％，余量为W。
本实施例中抗高温氧化W-Cr-Al复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1、制粉：将钨粉与Cr/Al中间相合金粉在400转/分钟的混粉机中搅拌混合2小时，获得W-Cr-Al复合粉末；钨粉的颗粒尺寸为10微米，Cr/Al中间相合金粉的颗粒尺寸为20微米。
2、烧结：将W-Cr-Al复合粉末装入石墨模具，再将石墨模具放入放电等离子烧结炉中，室温下对烧结炉抽真空，依次升温至1200℃保温15分钟、1600℃保温3min，在升温至1000℃时充入氩气作为保护气进行负压烧结，烧结中控制压强不超过47.3MPa；保温结束后降至室温，即得到W-Cr-Al复合材料。
烧结过程中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
在800-1200℃高温含氧的气氛中，Cr与Al分别氧化形成Cr2O3与Al2O3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了W基体抗氧化性能。W-Cr-Al复合材料具有良好的抗高温氧化性能，在800-1200℃高温氧化20小时增重量为纯钨增重量的6％-13％。

Claims (3)

1.一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：制粉
将钨粉与Cr/Al中间相合金粉在400转/分钟的混粉机中搅拌混合2小时，获得W-Cr-Al复合粉末；
步骤2：烧结
将W-Cr-Al复合粉末装入石墨模具，再将石墨模具放入放电等离子烧结炉中，室温下对烧结炉抽真空，依次升温至1200℃保温15分钟、1600℃保温3min，保温结束后降至室温，即得到W-Cr-Al复合材料，各组分按质量百分比构成为：Cr 8-16％，Al 1-4％，余量为W；
烧结过程中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
钨粉的颗粒尺寸为1-10微米，Cr/Al中间相合金粉的颗粒尺寸为10-20微米。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
烧结过程中，在升温至1000℃时充入氩气作为保护气进行负压烧结，烧结中控制压强不超过47.3MPa。
CN201710436304.6A 2017-06-12 2017-06-12 一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法 Active CN107299269B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710436304.6A CN107299269B (zh) 2017-06-12 2017-06-12 一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710436304.6A CN107299269B (zh) 2017-06-12 2017-06-12 一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107299269A CN107299269A (zh) 2017-10-27
CN107299269B true CN107299269B (zh) 2019-01-11

Family

ID=60134828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710436304.6A Active CN107299269B (zh) 2017-06-12 2017-06-12 一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107299269B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108817387B (zh) * 2018-07-09 2020-02-14 合肥工业大学 一种具有高硬度和抗高温氧化性能的钨基复合材料的制备方法
CN113528987A (zh) * 2021-06-18 2021-10-22 河钢承德钒钛新材料有限公司 一种钨合金复合材料及其3d打印方法
CN114559040A (zh) * 2022-03-08 2022-05-31 北京工业大学 一种含铝自钝化钨合金及其制备方法与应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1086708A (en) * 1966-02-01 1967-10-11 Gen Electric Co Ltd Improvements in or relating to metal bodies and their manufacture
CN101126137A (zh) * 2007-09-26 2008-02-20 西安理工大学 一种粉末压力烧结制备铬钨固溶体合金材料的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1086708A (en) * 1966-02-01 1967-10-11 Gen Electric Co Ltd Improvements in or relating to metal bodies and their manufacture
CN101126137A (zh) * 2007-09-26 2008-02-20 西安理工大学 一种粉末压力烧结制备铬钨固溶体合金材料的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
机械合金化法制备不同Cr含量的W-Cr纳米合金粉末;肖鹏等;《中国有色金属学报》;20071130;第17卷(第11期);第1780页

Also Published As

Publication number Publication date
CN107299269A (zh) 2017-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107299269B (zh) 一种抗高温氧化的W-Cr-Al复合材料及其制备方法
CN108335760A (zh) 一种高铀装载量弥散燃料芯块的制备方法
CN110157932A (zh) 一种基于原位合成的石墨烯改性铜基电触头材料的制备方法
CN101328562A (zh) 氧化物弥散强化低活化马氏体钢材料及其制备方法
US20130044847A1 (en) Apparatus and Method for Low Energy Nuclear Reactions
CN106077693B (zh) 一种高抗热冲击W-TiC-Y2O3复合材料及其制备方法
CN108411182A (zh) 一种Zr-Ti-Cr-V复相储氢合金及其制备方法
CN104593651A (zh) 一种Mg-Ti-RE-Ni基贮氢合金及其制备方法
CN105568110A (zh) 一种用于贮存氚的ab型储氢合金及其制备方法
CN109903868A (zh) 一种uc燃料芯块的制备方法
CN106319288A (zh) 直接引入与原位生成TiC颗粒共同增强镍基复合材料及其制备方法和应用
CN110205506B (zh) 一种低活化多主元合金及其制备方法
CN104213010A (zh) 一种高韧性Nb掺杂W/TiC复合材料及其制备方法
CN103789573B (zh) 一种Zr基Laves相储氢合金及其制备方法
CN108213763A (zh) 一种用于核用SiC陶瓷连接的Zr基钎料及钎焊工艺
CN112226663A (zh) 高循环容量ZrCo基氢同位素贮存合金及其制备和应用
CN110093546B (zh) 一种AlFeMoNbZr核包壳高熵合金材料及其制备方法
CN107082430A (zh) 一种铀硅碳三元化合物燃料芯块及其制备方法和用途
CN104073687B (zh) 一种超点阵Sm–Mg–Ni多相合金及其制备方法和应用以及镍氢电池
CN114672714B (zh) 一种高熵储氢合金及其制备方法
CN107974603B (zh) 一种抗高温氧化双相钨复合材料及其制备方法
CN116230259A (zh) 一种复合中子吸收材料及其制备方法
CN115537631A (zh) 一种纳米析出高强韧低活化FeCrVCu中熵合金及制备方法
CN104909337A (zh) 一种偏硼酸锂掺杂氢化锂的储氢复合材料及其制备方法
CN110079718B (zh) 一种核包壳材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant