W-1％La2O3合金的微观组织分析与晶界工程初步研究

摘要

磁约束聚变能具有无资源限制、环境洁净、安全性好等优点,因而它是人类未来可持续发展的战略能源技术选择之一。核聚变能发展所面临的严峻挑战之一是聚变堆中面向等离子体材料的选择。由于钨及其合金具有高熔点、低蒸汽压、热导性好、与等离子体有良好的相容性等特点,被认为是最有希望用于聚变堆面向等离子体第一壁的候选材料。然而,目前钨材料用于聚变堆的最大障碍在于它的低温脆性和相对较高的韧脆转变温度。钨及其合金微观组织及韧性的研究,对其能否在聚变堆中商用意义重大。 首先本文通过X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜对聚变堆面向等离子体候选材料W-1％La2O3合金的微观组织进行了研究。观察结果表明:与纯钨相比,添加了1%La2O3的钨合金组织致密,孔隙与晶界裂缝消失,大量颗粒弥散在钨合金基体上。进一步的化学成分分析并结合电子衍射花样发现,在这些颗粒中不仅存在微米级的La2O3相,还分布着很多亚微米相:钨的氧化物,包括WO3、WO2以及W3O8,还存在一种镧的钨酸盐La2(WO4)3,还可能存在非晶态相。同时讨论了上述相的可能形成过程,以及商用W-1%La2O3合金力学性能表现主要存在的两大问题:内部弥散相粗大以及制备过程中氧化钨严重的还原不完全。其次,我们基于晶界工程的思路,利用数控材料热力加工模拟试验机,并结合调整热处理工艺,对改善W-1%La2O3合金的低温脆性、降低韧脆转变温度进行了探索性研究。研究发现:W-1%La2O3合金经小变形量的塑性变形,并在接近再结晶温度下进行回复热处理的工艺途径能明显改善钨合金的低温脆性、降低其韧脆转变温度区间。其中最优的处理条件是经5%变形量变形并在1200oC退火1小时,同时该条件下的强度也有所提升。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2 面对等离子体材料

1.4晶界工程

1.5材料的韧脆转变

1.6课题研究的意义和主要内容

第二章实验方案设计与实验过程

2.1 W-1%La2O3合金的微观组织分析

2.2 W-1%La2O3合金的晶界工程研究

第三章W-1%La2O3合金的微观组织分析

3.1 显微组织观察

3.3本章小结

第四章W-1%La2O3合金的晶界工程研究

4.1纯钨与W-1%La2O3合金原始态的压缩行为

4.2 各处理条件下的屈服强度-温度曲线

4.3各处理条件下W-1%La2O3合金的韧脆转变温度

4.4本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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