机械合金化制备低活化钒合金的研究

摘要

钒合金(理论成分V-(4-5)Cr-(4-5)Ti)是核聚变反应堆的最重要的候选结构材料之一。钒合金最显著的优点是其在中子辐照条件下的低活化特性和优良的高温强度性能。此外,钒合金还具有良好的抗辐射诱变膨胀和损伤、良好的尺寸稳定性、高热传导性、较低的热膨胀系数、较低的弹性模量、低生物危害的安全性和环保特性、较好的抗蠕变性能、良好的加工性能、与液体锂具有良好的相容性等。
　　本文以V-4Cr-4Ti合金为对象,探索了机械合金化制备低活化钒合金的工艺。采用XRD线性分析(双Voigt函数)法对V-4Cr-4Ti-1.8YH2与V-10Cr-10Ta-1.8YH2合金粉末的球磨过程的镶嵌尺寸和晶格畸变进行了分析和表征,探讨了钒合金粉末的破碎机理,制备出最佳的球磨工艺:由XRD线性分析与SEM、TEM检测结果得知,在选用合适的球料比(7:1),行星球磨机公转转速为200rpm,球磨气氛为99.999％氩气等条件下,当球磨时间为60h时,合金粉末中除有部分残余Cr粉外已经合金化;钒合金中没有发现磨球和球磨罐带来的污染;球磨60h后V的镶嵌尺寸和晶格畸变分别为:12.5±0.6nm和0.533×10-2±0.269×10-3。TEM图像中可以看到明显塑变的层片状聚集体。当球料比为20:1,其它条件与前面相同时,通过XRD可以检测到V合金粉中出现明显的氧化锆相,污染很严重;球磨后V的镶嵌尺寸和晶格畸变分别为:15.8±2.4nm和0.497×10-2±0.477×10-3。TEM图像中不能看到明显塑变的层片状聚集体。
　　采用机械合金化(MA)-放电等离子烧结(SPS)-热等静压(HIP)的工艺制备出钒合金,后经过真空退火处理,并采用显微硬度测试仪、拉伸测试机对合金的力学性能进行分析表征。分析结果表明:不同成分的钒合金粉末制备的钒合金的显微硬度有很大的差别,如添加W、Ta、TaC成分的钒合金粉末制备出来的钒合金铸锭的硬度明显偏高,而且随着添加量的增加,合金的显微硬度也会随之增加,而相对应的合金的脆性也比较大,其实用价值不高。
　　YH2添加到V-4Cr-4Ti中能显著提高粉末冶金方法制备的V-4Cr-4Ti合金的强度和塑性;V-4Cr-4Ti-1.8YH2合金在1100℃退火后具有最佳的综合力学性能:屈服强度665MPa,抗拉强度909MPa、延伸率16.7%。

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1绪论

1.1钒合金国内外研究进展

1.2钒合金的性质

1.3钒合金的制备方法

1.4选题的意义和研究的主要内容

2实验

2.1实验准备

2.2实验原理

2.3本章小结

3钒合金的机械合金化

3.1实验过程

3.2钒合金机械化合金化过程分析与表征

3.3本章小结

4钒合金的制备及其力学性能的研究

4.1钒合金的制备

4.2钒合金试样的机械性能的测试和结构表征

4.3钒合金显微硬度结果及分析

4.4钒合金的力学性能结果与分析

4.5本章小结

5结论与展望

参考文献

致谢