一種高韌性抗輻照多基元合金及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及低溫環境領域和抗福照環境領域，具體設及一種高初性抗福照多基元 合金及制備方法。
【背景技術】
[0002] 低溫下存儲液化天然氣、氨氣和氧氣等低溫貶罐材料的選擇，一直是工業上較為 關注的問題。另外，在一些熱核聚變實驗堆，其反應堆的線圈盒和整個支撐系統也需要超 低溫材料，其中線圈盒的極限使用溫度為-269°c，其它部件的使用溫度也在-150°cw下。 目前，在該種極限環境中主要使用的316LN不誘鋼材料，據文獻（束潤濤，陳方玉.核級 316LN純奧氏體實巧焊絲焊接的超低溫性能研究[J].現代焊接，2013, 12:28-32.)報道，核 級316LN純奧氏體焊縫，在液氮-196°C溫區，沖擊功為81. 8J ;據文獻（G巧ssel 0, Krilger L, Frommeyer G, Meyer LW. High strength Fe-Mn- (Al, Si)TRIP/TWIP steels develop ment-properties-application. International Journal of Plasticity. 2000 ; 16 (10-11) :1391-409.)報道，TWIP鋼在液氮-196°C溫區，沖擊功為80.8J。其次，在經濟、高效、 清潔能源核電中，核裂變堆中存在大量的福射，具有很大的危害性，抗福照材料的選擇也 是核工業的重點研究方向，特別是超水臨界堆（Super critical water reactor, SCWR)、 事故容錯燃料（Accident Tolerant化el, AT巧等概念的提出和設計，未來核燃料包殼 材料的福射劑量更高，給未來抗福照材料的選擇帶來了前所未有的挑戰。因此，需要在 低溫材料領域W及抗福照材料領域需要選擇合適安全性高的材料。多基元合金合金 (Multiple-Based-Element Alloys，MBE alloys)是近年來發展的新型材料，類似于高滴合 金。通常，多基元合金被認為是由=個W上的合金元素按照等原子比或近等原子比合金化， 其混合滴在烙點處可W克服混合洽的作用，即當：〇〉1，一般傾向于形成多基元固溶體相的 一類合金。該里Q =Tm* ASmh/l AHmhI，表示合金凝固時多基元固溶體相的形成能力。 A Smh為混合滴，I A HmhI為混合洽的絕對值，Tm為多基元合金的烙點。多基元合金具有高 的混合滴，高混合滴能夠促進無序多組元固溶體的形成，該種多組元固溶體各組元之間固 溶度大，無法區分固溶體中的溶劑組元和溶質組元，稱之為超級固溶體。多基元合金也更多 地體現出了多種合金元素的集體效應，使得多基元合金具有一些傳統合金無法比擬的優異 性能，在工業生產方面具有巨大的潛在應用價值，超低溫高性能材料的選擇W及抗福照材 料的選擇和應用，是未來相關工業重點發展的方向。
[0003] 現有的多基元合金的制備方法主要采用電弧烙煉和銅模吸鑄的方法，所獲得的多 基元合金鑄錠質量在50g W下，鑄錠體積小，銅模吸鑄的體積也小，且操作復雜，使得多基 元合金未來的應用范圍受到了限制，不利于未來工業大產品化方向的發展。
【發明內容】
[0004] 為有效解決上述問題，本發明提供了一種高初性抗福照多基元合金及制備方法。
[0005] 一種高初性抗福照多基元合金，所述該多基元合金為面屯、立方固溶體結構，合金 組分的原子比率表達式為AlxMCr化Ni，其中X為原子比率，0《X《50%，M是饑V、鋪Mn或 鉆Co中的任一種；
[0006] 進一步地，所述M為純度在99.9%W上的饑V、鋪Mn或鉆Co中的任一種。
[0007] 進一步地，相組成結構為簡單面屯、立方固溶體結構。
[000引一種制備上述的多基元合金的制備方法，包括W下步驟：
[0009] 步驟1 ;先設計合金成分的原子比率表達式為Al,MCrFeNi，其中，X為原子比率， 0《X《50%，再按照原子比率換算成質量比；
[0010] 步驟2:使用砂紙和砂輪機去除純度在99. 9% W上的冶金原料A1、M(V、Mn或Co 一種）、&、化和Ni的表面氧化皮，并使用工業己醇超聲波震清洗原料金屬，烘干，待用；
[0011] 步驟3 ;按照步驟1中設計好的原子比率表達式，選擇原子比率在步驟1中X范圍 內金屬原料M中的任意一種，將步驟2中處理過的原料分別進行精確稱量配比，總質量在 1. 5kg ~5kg ;
[001引步驟4 ;將總質量為1. 5kg~5kg的金屬原料，從真空磁懸浮烙煉爐的上腔體將部 分原料放入水冷銅相蝸中，其他原料放置在腔體預置處；
[001引步驟5:對真空磁懸浮烙煉爐的樣品室進行抽真空，當真空度達到5X1(T中a后，充 入工業氣氣直到爐內壓力達到半個大氣壓，40kw、80kw、120kw階梯式功率感應加熱，加熱時 間依次為2~3mins、4~5mins、7~8mins，多基元合金原料融化；
[0014] 步驟6;將放置在腔體預置處的多基元合金原料，加入已經為融化狀態的多基元 合金原料中，再次進行階梯式功率感應加熱；
[0015] 步驟7 ;鑄錠倒置，待原料全部加入后，再反復烙煉2~3次，烙煉冷卻成合金錠， 該合金錠結構主要為面屯、立方固溶體，所述合金錠為大尺寸多基元合金，質量為1. 5kg~ 5kg。
[0016] 本發明的有益效果；本發明制成的高初性抗福照AlyMCr化Ni系多基元合金，合金 組分的原子百分比表達式為；AlxMCrFeNi，其中，0《X < 50at%，M是Co、Mn或V中的任一 種。該多基元合金為面屯、立方固溶體結構，在初性和抗福照方面性能優異，不存在初脆轉變 溫度。室溫下，沖擊功為294. 34J，而且溫度越低，沖擊初性越高，在液氮-196°C溫區，沖擊 功為371. 45J，較TWIP鋼的沖擊初性提高360%，較核級316LN純奧氏體鋼焊縫金屬提高 364%。在福照劑量為0~6(Mpa左右，該多基元合金的福照腫脹率較化-15化-20Ni不誘 鋼降低95. 8%。在低溫材料和抗福照材料方面都有廣闊的應用前景。
[0017] 本發明與現有技術相比所具有的優勢在于：
[001引 （1)本發明的制備出的AlyMCr化Ni系多基元合金，不存在初脆轉變溫度，室溫 下，沖擊功為294. 34J，而且溫度越低，沖擊初性越高，在液氮-196°C溫區，該高滴合金的沖 擊功為371. 45J，TWIP鋼的沖擊功為80. 8J，核級316LN純奧氏體鋼焊縫金屬的沖擊功為 81. 8J。較TWIP鋼的沖擊初性提高360%，較核級316LN純奧氏體鋼焊縫金屬的沖擊初性提 高 364%。
[0019] (2)與現有奧氏體不誘鋼化-15化-20Ni (福照參數；化離子福照；6(Mpa福照劑 量；常溫）的抗福照腫脹率相比，抗福照腫脹率降低95.8%。本發明多基元合金福照參數： Au離子福照；劑量；56化a福照劑量；常溫。
[0020] (3)制備出的多基元合金體積可調，較傳統電弧烙煉和銅模吸鑄的方法，可W制備 出較大體積的多基元合金材料，利于未來工業大產品化方向的發展。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明實施例中高初性抗福照多基元合金鑄錠示意圖；
[0022] 圖2為本發明實施例1合金福照前后X畑曲線示意圖；
[0023] 圖3為本發明實施例1合金福照腫脹率曲線示意圖；
[0024] 圖4為本發明實施例1合金沖擊功曲線示意圖；
[0025] 圖5為本發明實施例1合金在RT(298K)、200K、77K S個溫度下沖擊斷口形貌圖；
[0026] 圖6為本發明實施例2合金鑄態的X畑曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，W下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[002引相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修 改、等效方法W及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細 節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有該些細節部分的 描述也可W完全理解本發明。
[0029] 本發明提供了一種高初性抗福照多基元合金及制備方法，制成的Al,MCr化Ni系 多基元合金，合金組分的原子百分比表達式為；Al,MCrFeNi，其中，0《X < 50%，M是Co、 Mn或V中的任一種。該多基元合金為面屯、立方固溶體結構，在初性和抗福照方面性能優 異，不存在初脆轉變溫度，室溫下，沖擊功為294. 34J，而且溫度越低，沖擊初性越高，在液 氮-196°C溫區，沖擊功為371. 45J，較TWIP鋼的沖擊初性提高360%，較核級316LN純奧氏 體鋼焊縫金屬提高364%。在福照