CN114574747B - 核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金及其制备方法 - Google Patents

核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金及其制备方法，由以下原子百分数的元素组成：V 20%~28%，Cr 20%~27%，Fe 20%~27%，Ti 15%~25%，W 3%~15%，其余为不可避免的杂质；本发明的制备方法包括：一、称重配料；二、混料后真空悬浮熔炼；三、热处理后得到高熵合金。本发明通过选择低活化元素种类并调控含量，得到BCC单相固溶体高熵合金，具有优异的低活化、抗辐照、耐腐蚀性能，且力学性能和热稳定性得到提升，满足了在核反应聚变堆或其他快中子堆的复杂服役环境中的要求；本发明通过控制各原料的加入形态和顺序，解决了熔点及密度差异较大的各元素合金化均质性难题。

Description

核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料制备技术领域，具体涉及一种核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金及其制备方法。
背景技术
核聚变提供了一种具有潜在丰富燃料的替代性低碳能源。然而，聚变反应堆必须尽量减少其产生的有害放射性废物的数量，才能被视为真正的绿色能源。这一标准要求使用低活化合金，该合金由暴露于聚变中子后不会长时间保持放射性的元素制成。同时，聚变反应堆包层的结构材料也必须面对各种不利条件，包括：中子辐照和温度的极端情况、等离子体不稳定性产生的瞬态载荷以及冷却剂系统的腐蚀。Gen IV反应器中结构组件的最初选择材料是316奥氏体不锈钢，然而，由于不可接受的空隙膨胀水平，焦点已经转向减少活化铁素体/马氏体(F/M)钢，这适用于裂变和聚变应用。虽然这些都是很有前途的候选材料，但在550℃下的蠕变破裂强度和辐照脆化仍存在显著的关注。然而，大多数报告的合金的一个显著缺点是，不具有低活性和快速诱导放射性衰变性，部件材料不能从反应堆退役后安全有效地回收。尽管聚变反应堆堆芯没有放射性，但其附近的结构材料由于长期暴露于等离子体中的高能中子而获得放射性。因此，减少活化对于在反应堆退役后相对较短的时间内安全回收这些材料以及提供低热中子吸收截面至关重要。低活化、抗辐照、耐腐蚀高熵合金的开发有可能推进下一代裂变和聚变反应堆，并对环境产生深远的积极影响。
高熵合金（HEAs）是一类新型合金。通常，它们由4或5个接近等原子浓度的合金元素组成。HEAs的最初的概念是基于系统的高构型熵有利于形成无序的单相固溶体，而不是有序的金属间化合物，从而产生简单的具有增强材料性能的微观结构。
从废物管理的角度来看，通常用于核应用材料的某些元素，如Mo、Zr、Nb等金属元素在经过高能中子辐照后其半衰期较可能长达数千年，因此聚变堆用结构材料的合金元素的“低活化”这一特性就显得极为重要，需要使用在100年或更短的时间内衰变为低放射性水平活性的元素。
随着我国经济发展，经济结构调整对能源需求的增长和环境保护要求的提高，对核能的利用已经到了刻不容缓的地步，而核能的发展离不开材料的进步。迫切需要以低活化、抗辐照、耐腐蚀为目标，基于传统钛合金强度设计理论和晶体结构设计方法研制一种新型高熵合金材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金。该高熵合金通过选择V、Cr、Fe、Ti低活化元素与W作为组成元素，并调控各元素含量，使得高熵合金具有优异的低活化、抗辐照、耐腐蚀性能，同时提升了高熵合金的力学性能和热稳定性，并具有极高的机械性能和可加工性能，满足了在核反应聚变堆或其他快中子堆的复杂服役环境中的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金，其特征在于，由以下原子百分数的元素组成：V 20%~28%，Cr 20%~27%，Fe20%~27%，Ti 15%~25%，W 3%~15%，其余为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质包括C、H、O和N，其中C≤0.04%，H≤0.006%，O≤0.016%，N≤0.006%；所述高熵合金的辐照肿胀率小于5%，在沸腾的质量浓度3.5%的NaCl溶液中腐蚀速率小于0.01mm/a，经热处理后的抗拉强度大于750MPa。
本发明的高熵合金中选取Cr元素使得高熵合金具有优良的强度与韧性，且辐照后具有较低的DBTT（韧脆转变温度）以及具有较好的抗腐蚀能力，选取W元素降低了脆性Laves相的可能析出，选取Ti元素和V元素提高了高熵合金的蠕变性能并细化晶粒，提高了高熵合金的韧性和强度，且Ti元素还改善了高熵合金的焊接性能；同时，本发明的高熵合金中的V、Cr、Fe、Ti元素均为低活化元素，各元素的放射性在高能中子辐照后迅速衰减到低水平，且W元素存在较大的热中子吸收截面，保证了高熵合金的低活化性能，减少因高能中子辐照产生的高放射性、长半衰期废物数量，降低聚变堆事故情况下的风险，结合调控五种组成元素的原子百分数范围，使得V、Cr、Fe、Ti与W形成BCC单相固溶体，确保高熵合金具有优异的低活化、抗辐照、耐腐蚀性能，同时提升了高熵合金的力学性能和热稳定性，并且降低了生产成本并提高成材率，满足了在核反应聚变堆或其他快中子堆的复杂服役环境中的要求，同时具有极高的机械性能和可加工性能。
上述的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金，其特征在于，由以下原子百分数的元素组成：V 22%~26%，Cr 22%~26%，Fe 22%~26%，Ti 17.5%~22.5%，W 4.5%~11.5%，其余为不可避免的杂质。
上述的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金，其特征在于，由以下原子百分数的元素组成：V 25%，Cr 25%，Fe 25%，Ti 20%，W 5%。
另外，本发明还提供了一种制备如上述的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、选择钒颗粒、铬颗粒、铁颗粒、海绵钛、钨粉为原料进行称重配料；
步骤二、将步骤一中原料中的钒颗粒、铬颗粒和部分钨粉混合后进行真空悬浮熔炼，且真空悬浮熔炼的过程中，在第二次翻锭后加入剩余钨粉熔炼，在第三次翻锭后加入部分海绵钛熔炼，在第四次翻锭后加入剩余海绵钛熔炼，在第五次翻锭后加入部分铁颗粒熔炼，在最后一次翻锭后加入剩余铁颗粒熔炼，再继续经两次翻锭熔炼，经浇铸得到铸锭；所述真空悬浮熔炼的过程和浇铸的过程均在真空或惰性气氛保护下进行，且采用电磁搅拌混匀；
步骤三、将步骤二中得到的铸锭进行热处理，冷却后得到高熵合金。
本发明选择钒颗粒、铬颗粒、铁颗粒、海绵钛、钨粉为原料进行真空悬浮熔炼得到铸锭，通过控制各原料的加入形态和加入顺序，首先加入V、Cr、W元素，三者之间且与其他元素无限互溶，再加入Fe、Ti元素，由FeTi相图得两者易形成FeTi相，最后再翻锭熔炼两次，提高了铸锭中各元素的均匀性，并对铸锭进行热处理，减少了Laves相的析出，降低合金脆性，并形成单相BCC固溶体，同时保证了高熵合金各组元成分及显微组织的均匀性，提高了高熵合金的综合力学性能，使得微观组织大量的界面成为辐照产生的缺陷的有效陷阱，从而大量地吸收缺陷，提高了高熵合金的抗辐照性能。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述钒颗粒符合GB/T4310-2016《钒》的要求，且钒颗粒的质量纯度为99.5%以上。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述铬颗粒符合GB/T3211-2008《金属铬》的要求，且铬颗粒的质量纯度为99.5%以上。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述铁颗粒符合GB/T6730.5-2007《铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法》的要求，且铁颗粒的质量纯度为99.7%以上。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述海绵钛符合GB/T2524-2010《海绵钛》的要求，且海绵钛的质量纯度为99.8%以上。
上述的方法，其特征在于，步骤一中所述钨粉符合GB/T26726-2019《超细钨粉》的要求，且钨粉的质量纯度为99.8%以上。
本发明通过对高熵合金的原料进行上述限定，严格控制高熵合金的质量，有效减少了高熵合金中的杂质含量，确保了高熵合金的耐腐蚀性能、力学性能和可加工性能。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述热处理的制度为：900℃~1300℃下保温120min~340min，所述冷却方式为水冷或者空冷。本发明通过控制热处理的温度和保温时间，有效消除了铸锭中的残余应力，并且确保了变形组织的动态再结晶过程，使得高熵合金局部短程元素偏析进行长程扩散，进而促进了组织的均匀性，全面提升高熵合金的综合性能。
本发明中反应堆辐照环境和相关测试均由80keV的氦离子常温辐照等效，辐照注量为1.0×10157ions/cm2~3.6×1017ions/cm2，对应的辐照损伤剂量为1.0dpa~10dpa；对辐照样品的另一半用透明薄膜阻挡辐照，辐照肿胀率的评价采用原子力显微镜对样品表面起伏变化进行测试，通过光镜在样品辐照区域内寻找多条清晰可见的晶界，利用公式“肿胀率=（肿胀高度/辐照深度）×100%”计算得到样品的辐照肿胀率，辐照样品的辐照深度采用蒙特卡洛粒子运输SRIM程序计算得到结果。
本发明中采用腐蚀速率来评价样品在核反应堆服役环境下的腐蚀性 能。样品在每周期的腐蚀速率按照“R＝8.46×104×ΔW/(STρ)”进行计 算，其中，R(mm/a)为腐蚀速率，ΔW(g)为本周期样品腐蚀前重量减本周 期腐蚀后重量，S(cm2)为样品的总面积，T(h)为本周期试验时间，ρ(g/cm3) 为样品的密度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的高熵合金通过选择V、Cr、Fe、Ti低活化元素与W作为组成元素，并调控各元素含量，使得高熵合金具有优异的低活化、抗辐照、耐腐蚀性能，同时提升了高熵合金的力学性能和热稳定性，并具有极高的机械性能和可加工性能，满足了在核反应聚变堆或其他快中子堆的复杂服役环境中的要求。
2、本发明的高熵合金的五种组成元素均为高熔点金属元素，同时通过调控组成元素含量在高熵合金组织中形成严重晶格畸变，抑制高温下位错的滑移，从而高熵合金表现出耐高温的性能优势。
3、本发明的高熵合金设计利用多主元效应,并结合价电子浓度判据、原子尺寸差判据、混合熵判据和混合焓判据等，对各组成元素的含量进行调控，确保在较宽的温度范围内高熵合金具有BBC单相固溶体，实现了显著的固溶强化和沉淀强化效果，同时该高熵合金还具有良好的室温力学性能和焊接性能。
4、本发明的高熵合金具有低活化的特性，在经过高浓度中子照射的反应堆中退役后，比较容易实现材料的无害化处理。
5、本发明的高熵合金制备过程中通过真空悬浮熔炼时各原料的加入形态和加入顺序，提高了铸锭中各元素的均匀性，结合热处理工艺确保形成单相BCC固溶体，并提高了高熵合金的抗辐照性能。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铸态高熵合金和热处理态高熵合金的XED图。
图2为本发明实施例1制备的高熵合金的EDS能谱分析图。
图3a为本发明实施例1制备的高熵合金的V元素分布图。
图3b为本发明实施例1制备的高熵合金的Cr元素分布图。
图3c为本发明实施例1制备的高熵合金的Fe元素分布图。
图3d为本发明实施例1制备的高熵合金的Ti元素分布图。
图3e为本发明实施例1制备的高熵合金的W元素分布图。
图4为本发明实施例1制备的高熵合金的腐蚀速率图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金由以下原子百分数的元素组成：V 28%，Cr 27%，Fe 27%，Ti 15%，W 3%，其余为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质包括C、H、O和N，其中C 0.0021%，H 0.0039%，O 0.014%，N 0.0028%，所述高熵合金的辐照肿胀率为2.93%，在沸腾的质量浓度3.5%的NaC1溶液中腐蚀速率为0.0019mm/a，经900℃下保温120min热处理后的抗拉强度为778MPa。
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金的制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择质量纯度为99.763%的钒颗粒、质量纯度为99.694%的铬颗粒、质量纯度为99.742%的铁颗粒、质量纯度为99.834%的海绵钛、质量纯度为99.637%的钨粉为原料进行称重配料；
步骤二、将步骤一中原料中的203.44g钒颗粒、200.24g铬颗粒和20g钨粉混合后进行真空悬浮熔炼，且真空悬浮熔炼的过程中，在第二次翻锭后加入剩余58.72g钨粉熔炼，在第三次翻锭后加入80g海绵钛熔炼，在第四次翻锭后加入22.48g海绵钛熔炼，在第五次翻锭后加入100g铁颗粒熔炼，在最后一次翻锭后加入115.12g铁颗粒熔炼，再继续经两次翻锭熔炼，经浇铸得到圆柱铸锭；所述真空悬浮熔炼的过程和浇铸的过程均在真空或惰性气氛保护下进行，且采用电磁搅拌混匀；
步骤三、将步骤二中得到的圆柱铸锭进行热处理，冷却后得到高熵合金；所述热处理的制度为：900℃下保温120min，所述冷却方式为水冷。
本实施例采用的原料中的钒颗粒符合GB/T4310-2016《钒》的要求，铬颗粒符合GB/T3211-2008《金属铬》的要求，铁颗粒符合GB/T6730.5-2007《铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法》的要求，海绵钛符合GB/T2524-2010《海绵钛》的要求，钨粉符合GB/T26726-2019《超细钨粉》的要求。
本实施例步骤三中的冷却方式还可替换为空冷。
图1为本实施例制备的铸态高熵合金和热处理态高熵合金的XED图，从图1可以看出，与铸态高熵合金（圆柱铸锭）相比，该热处理态高熵合金（VCrFeTiW）由BCC相组成，物相单一，组织均匀。
图2为本实施例制备的高熵合金的EDS能谱分析图，图3a为本实施例制备的高熵合金的V元素分布图，图3b为本实施例制备的高熵合金的Cr元素分布图，图3c为本实施例制备的高熵合金的Fe元素分布图，图3d为本实施例制备的高熵合金的Ti元素分布图，图3e为本实施例制备的高熵合金的W元素分布图，从图2和图3a~图3e可知，本实施例制备的高熵合金（VCrFeTiW）中Ti、W和V元素均分布均匀，没有元素偏析及不熔块等冶金缺陷。
图4为本实施例制备的高熵合金的腐蚀速率图，从图4可以看出，本实施例制备的高熵合金(VCrFeTiW)在沸腾的质量浓度3.5%的NaCl溶液中进行长时间浸泡，随着腐蚀时间的增加，该高熵合金的腐蚀速率逐渐降低且趋于稳定，在浸泡264h之后该高熵合金的腐蚀速率仅有0.0013mm/a，说明本实施例制备的高熵合金耐腐蚀性能优异，适合应用于核反应堆腐蚀环境中。
实施例2
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金由以下原子百分数的元素组成：V 25%，Cr 25%，Fe 25%，Ti 17%，W 8%，其余为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质包括C、H、O和N，其中C 0.0029%，H 0.0034%，O 0.015%，N 0.0029%，所述高熵合金的辐照肿胀率为3.34%，在沸腾的质量浓度3.5%的NaC1溶液中腐蚀速率为0.0031mm/a，经1300℃保温340min热处理后的抗拉强度为762MPa。
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金的制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择质量纯度为99.763%的钒颗粒、质量纯度为99.694%的铬颗粒、质量纯度为99.742%的铁颗粒、质量纯度为99.834%的海绵钛、质量纯度为99.637%的钨粉为原料进行称重配料；
步骤二、将步骤一中原料中的162.88g钒颗粒、166.24g铬颗粒和60g钨粉混合后进行真空悬浮熔炼，且真空悬浮熔炼的过程中，在第二次翻锭后加入128.16g钨粉熔炼，在第三次翻锭后加入80g海绵钛熔炼，在第四次翻锭后加入24.08g海绵钛熔炼，在第五次翻锭后加入100g铁颗粒熔炼，在最后一次翻锭后加入78.56g铁颗粒熔炼，再继续经两次翻锭熔炼，经浇铸得到圆柱铸锭；所述真空悬浮熔炼的过程和浇铸的过程均在真空或惰性气氛保护下进行，且采用电磁搅拌混匀；
步骤三、将步骤二中得到的圆柱铸锭进行热处理，冷却后得到高熵合金；所述热处理的制度为：1300℃下保温340min，所述冷却方式为水冷。
本实施例采用的原料中的钒颗粒符合GB/T4310-2016《钒》的要求，铬颗粒符合GB/T3211-2008《金属铬》的要求，铁颗粒符合GB/T6730.5-2007《铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法》的要求，海绵钛符合GB/T2524-2010《海绵钛》的要求，钨粉符合GB/T26726-2019《超细钨粉》的要求。
本实施例步骤三中的冷却方式还可替换为空冷。
实施例3
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金由以下原子百分数的元素组成：V 20%，Cr 20%，Fe 20%，Ti 25%，W 15%，其余为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质包括C、H、O和N，其中C 0.0031%，H 0.0041%，O 0.014%，N 0.0032%，所述高熵合金的辐照肿胀率为3.10%，在沸腾的质量浓度3.5%的NaC1溶液中腐蚀速率为0.0025mm/a，经1000℃下保温120min热处理后的抗拉强度为783MPa。
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金的制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择质量纯度为99.763%的钒颗粒、质量纯度为99.694%的铬颗粒、质量纯度为99.742%的铁颗粒、质量纯度为99.834%的海绵钛、质量纯度为99.637%的钨粉为原料进行称重配料；
步骤二、将步骤一中原料中的114.32g钒颗粒、116.64g铬颗粒和100g钨粉混合后进行真空悬浮熔炼，且真空悬浮熔炼的过程中，在第二次翻锭后加入209.44g钨粉熔炼，在第三次翻锭后加入80g海绵钛熔炼，在第四次翻锭后加入54.32g海绵钛熔炼，在第五次翻锭后加入80g铁颗粒熔炼，在最后一次翻锭后加入45.28g铁颗粒熔炼，再继续经两次翻锭熔炼，经浇铸得到圆柱铸锭；所述真空悬浮熔炼的过程和浇铸的过程均在真空或惰性气氛保护下进行，且采用电磁搅拌混匀；
步骤三、将步骤二中得到的圆柱铸锭进行热处理，冷却后得到高熵合金；所述热处理的制度为：1000℃下保温120min，所述冷却方式为水冷。
本实施例采用的原料中的钒颗粒符合GB/T4310-2016《钒》的要求，，铬颗粒符合GB/T3211-2008《金属铬》的要求，铁颗粒符合GB/T6730.5-2007《铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法》的要求，海绵钛符合GB/T2524-2010《海绵钛》的要求，钨粉符合GB/T26726-2019《超细钨粉》的要求。
本实施例步骤三中的冷却方式还可替换为空冷。
实施例4
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金由以下原子百分数的元素组成：V 22%，Cr 22%，Fe 22%，Ti 22.5%，W 11.5%，其余为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质包括C、H、O和N，其中C 0.0034%，H 0.0048%，O 0.013%，N 0.0039%，所述高熵合金的辐照肿胀率为3.23%，在沸腾的质量浓度3.5%的NaC1溶液中腐蚀速率为0.0027mm/a，经1100℃下保温120min热处理后的抗拉强度为769MPa。
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金的制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择质量纯度为99.763%的钒颗粒、质量纯度为99.694%的铬颗粒、质量纯度为99.742%的铁颗粒、质量纯度为99.834%的海绵钛、质量纯度为99.637%的钨粉为原料进行称重配料；
步骤二、将步骤一中原料中的134.16g钒颗粒、136.88g铬颗粒和80g钨粉混合后进行真空悬浮熔炼，且真空悬浮熔炼的过程中，在第二次翻锭后加入170.04g钨粉熔炼，在第三次翻锭后加入80g海绵钛熔炼，在第四次翻锭后加入48.96g海绵钛熔炼，在第五次翻锭后加入100g铁颗粒熔炼，在最后一次翻锭后加入47.04g铁颗粒熔炼，再继续经两次翻锭熔炼，经浇铸得到圆柱铸锭；所述真空悬浮熔炼的过程和浇铸的过程均在真空或惰性气氛保护下进行，且采用电磁搅拌混匀；
步骤三、将步骤二中得到的圆柱铸锭进行热处理，冷却后得到高熵合金；所述热处理的制度为：1100℃下保温120min，所述冷却方式为水冷。
本实施例采用的原料中的钒颗粒符合GB/T4310-2016《钒》的要求，，铬颗粒符合GB/T3211-2008《金属铬》的要求，铁颗粒符合GB/T6730.5-2007《铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法》的要求，海绵钛符合GB/T2524-2010《海绵钛》的要求，钨粉符合GB/T26726-2019《超细钨粉》的要求。
本实施例步骤三中的冷却方式还可替换为空冷。
实施例5
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金由以下原子百分数的元素组成：V 24%，Cr 24%，Fe 24%，Ti 19.5%，W 8.5%，其余为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质包括C、H、O和N，其中C 0.0028%，H 0.0027%，O 0.011%，N 0.0032%，所述高熵合金的辐照肿胀率为3.43%，在沸腾的质量浓度3.5%的NaC1溶液中腐蚀速率为0.0029mm/a，经1300℃下保温340min热处理后的抗拉强度为781MPa。
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金的制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择质量纯度为99.763%的钒颗粒、质量纯度为99.694%的铬颗粒、质量纯度为99.742%的铁颗粒、质量纯度为99.834%的海绵钛、质量纯度为99.637%的钨粉为原料进行称重配料；
步骤二、将步骤一中原料中的155.04g钒颗粒、158.32g铬颗粒和80g钨粉混合后进行真空悬浮熔炼，且真空悬浮熔炼的过程中，在第二次翻锭后加入118.24g钨粉熔炼，在第三次翻锭后加入70g海绵钛熔炼，在第四次翻锭后加入40.4g海绵钛熔炼，在第五次翻锭后加入100g铁颗粒熔炼，在最后一次翻锭后加入70g铁颗粒熔炼，再继续经两次翻锭熔炼，经浇铸得到圆柱铸锭；所述真空悬浮熔炼的过程和浇铸的过程均在真空或惰性气氛保护下进行，且采用电磁搅拌混匀；
步骤三、将步骤二中得到的圆柱铸锭进行热处理，冷却后得到高熵合金；所述热处理的制度为：1300℃下保温340min，所述冷却方式为水冷。
本实施例采用的原料中的钒颗粒符合GB/T4310-2016《钒》的要求，，铬颗粒符合GB/T3211-2008《金属铬》的要求，铁颗粒符合GB/T6730.5-2007《铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法》的要求，海绵钛符合GB/T2524-2010《海绵钛》的要求，钨粉符合GB/T26726-2019《超细钨粉》的要求。
本实施例步骤三中的冷却方式还可替换为空冷。
实施例6
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金由以下原子百分数的元素组成：V 26%，Cr 26%，Fe 26%，Ti 17.5%，W 4.5%，其余为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质包括C、H、O和N，其中C 0.0031%，H 0.0044%，O 0.014%，N 0.0031%，所述高熵合金的辐照肿胀率为3.71%，在沸腾的质量浓度3.5%的NaC1溶液中腐蚀速率为0.0044mm/a，经1100℃下保温220min热处理后的抗拉强度为771MPa。
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金的制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择质量纯度为99.763%的钒颗粒、质量纯度为99.694%的铬颗粒、质量纯度为99.742%的铁颗粒、质量纯度为99.834%的海绵钛、质量纯度为99.637%的钨粉为原料进行称重配料；
步骤二、将步骤一中原料中的182.88g钒颗粒、186.64g铬颗粒和40g钨粉混合后进行真空悬浮熔炼，且真空悬浮熔炼的过程中，在第二次翻锭后加入74.24g钨粉熔炼，在第三次翻锭后加入70g海绵钛熔炼，在第四次翻锭后加入45.68g海绵钛熔炼，在第五次翻锭后加入100g铁颗粒熔炼，在最后一次翻锭后加入100.48g铁颗粒熔炼，再继续经两次翻锭熔炼，经浇铸得到圆柱铸锭；所述真空悬浮熔炼的过程和浇铸的过程均在真空或惰性气氛保护下进行，且采用电磁搅拌混匀；
步骤三、将步骤二中得到的圆柱铸锭进行热处理，冷却后得到高熵合金；所述热处理的制度为：1100℃下保温220min，所述冷却方式为水冷。
本实施例采用的原料中的钒颗粒符合GB/T4310-2016《钒》的要求，，铬颗粒符合GB/T3211-2008《金属铬》的要求，铁颗粒符合GB/T6730.5-2007《铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法》的要求，海绵钛符合GB/T2524-2010《海绵钛》的要求，钨粉符合GB/T26726-2019《超细钨粉》的要求。
本实施例步骤三中的冷却方式还可替换为空冷。
实施例7
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金由以下原子百分数的元素组成：V 25%，Cr 25%，Fe 25%，Ti 20%，W 5%，其余为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质包括C、H、O和N，其中C 0.0028%，H 0.0037%，O 0.013%，N 0.0028%，所述高熵合金的辐照肿胀率为2.11%，在沸腾的质量浓度3.5%的NaC1溶液中腐蚀速率为0.0011mm/a，经1000℃下保温220min热处理后的抗拉强度为813MPa。
本实施例的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金的制备方法包括以下步骤：
步骤一、选择质量纯度为99.763%的钒颗粒、质量纯度为99.694%的铬颗粒、质量纯度为99.742%的铁颗粒、质量纯度为99.834%的海绵钛、质量纯度为99.637%的钨粉为原料进行称重配料；
步骤二、将步骤一中原料中的176.14g钒颗粒、178.02g铬颗粒和90g钨粉混合后进行真空悬浮熔炼，且真空悬浮熔炼的过程中，在第二次翻锭后加入101.04g钨粉熔炼，在第三次翻锭后加入60g海绵钛熔炼，在第四次翻锭后加入71.04g海绵钛熔炼，在第五次翻锭后加入100g铁颗粒熔炼，在最后一次翻锭后加入91.04g铁颗粒熔炼，再继续经两次翻锭熔炼，经浇铸得到圆柱铸锭；所述真空悬浮熔炼的过程和浇铸的过程均在真空或惰性气氛保护下进行，且采用电磁搅拌混匀；
步骤三、将步骤二中得到的圆柱铸锭进行热处理，冷却后得到高熵合金；所述热处理的制度为：1000℃下保温220min，所述冷却方式为水冷。
本实施例采用的原料中的钒颗粒符合GB/T4310-2016《钒》的要求，，铬颗粒符合GB/T3211-2008《金属铬》的要求，铁颗粒符合GB/T6730.5-2007《铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法》的要求，海绵钛符合GB/T2524-2010《海绵钛》的要求，钨粉符合GB/T26726-2019《超细钨粉》的要求。
本实施例步骤三中的冷却方式还可替换为空冷。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金，其特征在于，由以下原子百分数的元素组成：V 20%~28%，Cr 20%~27%，Fe 20%~27%，Ti 15%~25%，W 3%~15%，其余为不可避免的杂质；所述不可避免的杂质包括C、H、O和N，其中C≤0.04%，H≤0.006%，O≤0.016%，N≤0.006%；所述高熵合金的辐照肿胀率小于5%，在沸腾的质量浓度3.5%的NaCl溶液中腐蚀速率小于0.01mm/a，经热处理后的抗拉强度大于750MPa。
2.根据权利要求1所述的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金，其特征在于，由以下原子百分数的元素组成：V 22%~26%，Cr 22%~26%，Fe 22%~26%，Ti 17.5%~22.5%，W4.5%~11.5%，其余为不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金，其特征在于，由以下原子百分数的元素组成：V 25%，Cr 25%，Fe 25%，Ti 20%，W 5%。
4.一种制备如权利要求1~3中任一权利要求所述的核反应堆用低活化抗辐照及耐腐蚀高熵合金的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、选择钒颗粒、铬颗粒、铁颗粒、海绵钛、钨粉为原料进行称重配料；
步骤二、将步骤一中原料中的钒颗粒、铬颗粒和部分钨粉混合后进行真空悬浮熔炼，且真空悬浮熔炼的过程中，在第二次翻锭后加入剩余钨粉熔炼，在第三次翻锭后加入部分海绵钛熔炼，在第四次翻锭后加入剩余海绵钛熔炼，在第五次翻锭后加入部分铁颗粒熔炼，在最后一次翻锭后加入剩余铁颗粒熔炼，再继续经两次翻锭熔炼，经浇铸得到铸锭；所述真空悬浮熔炼的过程和浇铸的过程均在真空或惰性气氛保护下进行，且采用电磁搅拌混匀；
步骤三、将步骤二中得到的铸锭进行热处理，冷却后得到高熵合金。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述钒颗粒符合GB/T4310-2016《钒》的要求，且钒颗粒的质量纯度为99.5%以上。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述铬颗粒符合GB/T3211-2008《金属铬》的要求，且铬颗粒的质量纯度为99.5%以上。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述铁颗粒符合GB/T6730.5-2007《铁矿石全铁含量的测定三氯化钛还原法》的要求，且铁颗粒的质量纯度为99.7%以上。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述海绵钛符合GB/T2524-2010《海绵钛》的要求，且海绵钛的质量纯度为99.8%以上。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤一中所述钨粉符合GB/T26726-2019《超细钨粉》的要求，且钨粉的质量纯度为99.8%以上。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤三中所述热处理的制度为：900℃~1300℃下保温120min~340min，所述冷却方式为水冷或者空冷。
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