[發明專利]一種中子毒物特性的高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010751525.4
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111945033B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 潘虎成;滕常青;吳璐;鄧志勇;張偉;毛建軍;覃檢濤;伍曉勇
• 申請（專利權）人: 東北大學;中國核動力研究設計院
• 主分類號: C22C16/00
• 分類號: C22C16/00;C22C30/00;C22C1/03;G21F1/08
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陸軍

本發明公布了中子毒物特性的Al?Nb?Zr?Mo?Hf?B體系高熵合金，其屬于高熵合金材料領域，其組分按質量百分比為：鋁：5～15%；鈮：20～30%；鋯：37～60%；鉬：4.99～15%；鉿：1～20%，余量為硼元素和不可避免的雜質；針對目前典型BCC結構難熔高熵合金如TaNbMoW、TaNbMoWV等含有大量高密度金屬元素，合金密度大，成本高，室溫塑性差，難以作為結構材料應用的瓶頸問題，同時以外的研究為對中子毒物特性的高熵合金研究未給予充分的重視，本發明提出一種基于Al?Nb?Zr?Mo?Hf?B體系的高熵合金，并充分考慮B元素的特殊作用，從而實現高熵合金的結構功能一體化。

技術領域

本發明屬于高熵合金材料領域，特別是涉及一種中子毒物特性的高熵合金及其制備方法。

背景技術

高熵合金是一個全新的合金設計思路，簡單的相組成及優異的綜合性能使高熵合金具有巨大的發展潛力。目前，高熵合金的研究大部分集中在FeCoNiCrMn的經典體系以及衍生出的以過渡族元素等原子比或近等原子比組成的單相FCC高熵合金體系上。然而，眾多研究表明FCC體系高熵合金具有屈服強度低的特點，且在中溫長時時效后會發生相分離，因此其組織穩定性較差。另一方面，典型BCC結構難熔高熵合金如TaNbMoW、TaNbMoWV等含有大量高密度金屬元素，合金密度大，成本高，且室溫塑性差，難以作為結構材料應用。幸運的是，高熵合金豐富的合金組元為高強韌兼備力學性能的實現提供了廣闊的空間。新近的研究表明，在Nb、Mo、Ta、W等合金體系中添加一定含量的Zr、Ti、Hf、Al等元素可以在保持高強度的同時實現優異的塑性，與此同時這些合金元素之間的匹配表現出很好的高熵形成能力。

在熱中子吸收特性方面，硼的對熱中子的吸收截面接近于750巴，是Hf的7倍左右，傳統混凝土材料的500多倍。即，硼元素是高效的熱中子吸收劑。正是由于硼的這種特性，使得含硼的相關產品廣泛應用到了軍用防護、核武器及核工業等軍事領域。硼（B），一般作為微量合金元素使用，硼-鋁合金是有效的中子屏蔽材料，硼鋼在反應堆中用作控制棒。而在含硼高熵合金的強韌化方面也已經有了一些探索。譬如，哈爾濱工業大學的陳瑞潤等人發現，在CoCrFeMnNi高熵合金中復合添加B、Y兩種元素，可以將合金的壓縮屈服強度從178MPa提升至714MPa，增幅達~ 300%。然而，目前在BCC結構的難熔高熵Al-Nb-Zr-Mo-Hf合金基體中添加B元素的研究，還鮮見報道。

此外，以外的研究為對含B高熵合金的中子毒物特性方面未給予充分的考慮，因此B元素的添加量往往具有較大的隨機性。因此，開發一種基于Al-Nb-Zr-Mo-Hf-B體系的高熵合金，并充分考慮B元素的特殊作用，從而實現高熵合金的高強韌力學性能以及中子吸收的多功能特性，對于高端核材料的發展和應用具有重要意義。

發明內容

針對目前典型BCC結構難熔高熵合金如TaNbMoW、TaNbMoWV等含有大量高密度金屬元素，合金密度大，成本高，室溫塑性差，難以作為結構材料應用的瓶頸問題，同時以外的研究為對中子毒物特性的高熵合金研究未給予充分的重視，本發明提出一種基于Al-Nb-Zr-Mo-Hf-B體系的高熵合金，并充分考慮B元素的特殊作用，從而實現高熵合金的結構功能一體化。

本發明的中子毒物特性的Al-Nb-Zr-Mo-Hf-B體系高熵合金，組分按質量百分比為：鋁：5～15 %；鈮：20～30 %；鋯：37～60 %；鉬：4.99～15 %；鉿：1～20%，余量為硼元素和不可避免的雜質。

上述技術方案的進一步改進與優化，鋁：5～15 %；鈮：20～30 %；鋯：40～60 %；鉬：5～15 %；鉿：9.8～20%，余量為硼元素和不可避免的雜質。

上述技術方案的進一步改進與優化，鋁：5 %；鈮： 30 %；鋯：40 %；鉬： 15 %；鉿：9.8%，余量為硼元素和不可避免的雜質。

上述技術方案的進一步改進與優化，鋁：5～14 %；鈮：20～30 %；鋯：37～60 %；鉬：4.99～15 %；鉿：1～20%，余量為硼元素和不可避免的雜質。