[發明專利]一種放電等離子體燒結制備鋯合金的方法

在審

• 申請號: 201410640314.8
• 申請日: 2014-11-13
• 公開（公告）號: CN104451259A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 馬文;邢書沛;白亞奎;凌云漢;董紅英;金喜龍
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業大學;清華大學
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C1/04;B22F3/105
• 代理公司: 深圳華奇信諾專利代理事務所(普通合伙) 44328
• 代理人: 黃鴻華

技術領域

本發明涉及一種材料的制備方法，尤其涉及一種放電等離子體燒結制備鋯合金的方法。

背景技術

由于鋯合金具有良好的耐腐蝕性能、良好的導熱性能和較低的中子吸收截面，因此在核反應堆中作為包殼材料和堆芯結構材料得以廣泛使用。其中，目前應用最廣泛最成熟的鋯合金為Zr-2和Zr-4合金。Zr-2和Zr-4合金因其具有較高的耐高溫水和蒸汽腐蝕性能、以及合適的強度和延性等特點，這兩種鋯合金長期被用作水冷動力堆的燃料元件包殼。

隨著核燃料燃耗要求的不斷提高，以及延長鋯合金在堆芯中的停留時間，傳統鋯合金的耐腐蝕性能已不能滿足未來核電發展的需求，因此需要研究新型具有較高耐腐蝕性能的鋯合金。

經長期的堆內運行以及堆外的模擬試驗證實，鋯合金的耐腐蝕性能依賴于其中的第二相粒子，鋯合金中第二相粒子的分布、大小及其種類對合金的抗腐蝕性能和機械性能有著重要的影響。目前較為一致的結論認為：Zr-2合金中主要存在Zr-Fe-Cr?Laves相和Zr-Fe-Ni?Zintl相兩種析出相，Zr-4合金中只存在Zr-Fe-Cr?Laves相一種析出相，其中Zr-2合金中Zr(Fe，Cr)₂粒子的n(Fe)/n(Cr)≈0.5，Zr-4合金中Zr(Fe，Cr)₂粒子的n(Fe)/n(Cr)≈2。

因此，僅含有Zr-Fe-Cr?Laves相的鋯合金無疑是燃料元件包殼材料的首選，但是目前制備的鋯合金通常摻雜著Zr-Fe-Ni?Zintl相，而且存在制備過程復雜、制備時間長、能耗高等缺點。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種放電等離子體燒結制備鋯合金的方法，經過配料混合、預壓成型、放電等離子體燒結等步驟，使制得的鋯合金塊體僅含有Zr-Fe-Cr?Laves相，具有良好的耐腐蝕性能，且該制備方法簡單、燒結時間短、能耗低。

本發明提供的放電等離子體燒結制備鋯合金的方法，包括以下步驟：

將Zr粉、Fe粉和Cr粉按3:4:2的摩爾比進行配料，初步混合；

將初步混合后的上述原料、磨球及無水乙醇放入球磨罐中進行球磨處理，得到鋯合金粉末；

將所述鋯合金粉末壓制成致密坯體；

將所述致密坯體裝入放電等離子體燒結的模具中，在氬氣保護下進行燒結處理，制得鋯合金塊體，其中所述燒結處理的條件為：燒結電流為直流脈沖電流，燒結真空度≤10pa，燒結壓力10～60Mpa，燒結溫度1100～1800℃，保溫時間3～10min。

在本發明的一種較佳實施例中，放入球磨罐中的原料、磨球和無水乙醇的質量比為1:2:2。

在本發明的一種較佳實施例中，所述磨球的材質為ZrO₂。

在本發明的一種較佳實施例中，所述球磨處理的轉速為300～480r/min，球磨時間為30～120min。

在本發明的一種較佳實施例中，所述燒結處理的升溫速率為75℃/min。

在本發明的一種較佳實施例中，所述氬氣為高純氬氣。

在本發明的一種較佳實施例中，所述鋯合金塊體由單一的純Zr-Fe-Cr?Laves相組成。

相較于現有技術，本發明提供的放電等離子體燒結制備鋯合金的方法制備得到的鋯合金塊體由單一的純Zr-Fe-Cr?Laves相組成，具有良好的耐腐蝕性能，而且其制備方法簡單、燒結時間短、能耗低。

附圖說明

圖1是本發明實施例1中得到的鋯合金塊體的XRD圖譜。

具體實施方式

下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明放電等離子體燒結制備鋯合金的方法，具體按照以下步驟實施：

首先，將Zr粉、Fe粉和Cr粉按3:4:2的摩爾比進行配料，初步混合；

然后，將初步混合后的上述原料、磨球及無水乙醇按照1:2:2的質量比放入球磨罐中，密封后將球磨罐放入球磨機中，轉速為300～480r/min，連續球磨30～120min，取下球磨罐，冷卻，取出鋯合金粉末自然干燥，其中所述磨球的材質優選用ZrO₂；

接著，將所述鋯合金粉末用鋁箔包裹后，使用粉末壓片機壓制成致密坯體；