[發明專利]一種金屬間化合物強韌化異質結構鋯合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202110250050.5
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113025933B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 劉日平;陳博涵;姬朋飛;李波;馬巍;馬明臻;景勤;張新宇
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18;C22C16/00;B21B37/00;B21B37/74;B21B37/76
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王術娜

本發明提供了一種金屬間化合物強韌化異質結構鋯合金的制備方法，屬于合金材料技術領域。本發明將鋯合金鑄錠進行預處理，第一冷卻后得到包含AlZr3相的鋯合金錠；所述鋯合金鑄錠包括α?Zr基體和金屬間化合物AlZr2；所述預處理的溫度為800～1000℃，保溫時間為5～250min；將所述包含AlZr3相的鋯合金錠進行熱軋制，第二冷卻后得到金屬間化合物強韌化異質結構鋯合金；所述熱軋制的溫度為700～950℃。本發明制備的鋯合金在保持較高強度的同時兼具優異的塑性。

技術領域

本發明涉及合金材料技術領域，尤其涉及一種金屬間化合物強韌化異質結構鋯合金及其制備方法。

背景技術

通常來說，材料的拉伸性能表征著材料的強度和塑性的好壞，在這兩種指標中，屈服強度通常代表著材料抵抗塑性變形的臨界應力，需要位錯不易開動；均勻塑性代表著材料抵抗裂紋擴展的能力，需要大量的位錯開動。強度和塑性在絕大多數情況下存在著不可兼得的關系，因此，實現金屬材料的綜合力學性能的提升仍舊是長期以來的一項挑戰，材料的性能需要向高性能和一體化發展，其中最主要的就是突破強度和塑性的倒置關系。

鋯此前主要應用于核工業中，核能的開發和利用大大地促進了鋯和鋯合金冶金工業的發展。由于具有熱中子吸收截面小、好的耐高溫高壓水腐蝕性能以及好的高溫強度等特點，鋯合金成為目前世界上運用在核反應堆中唯一的一種包殼材料。除了在核工業中的應用，鋯合金還可以在化工領域、電鍍工業領域和海水提鈾等領域作為結構材料使用，具有廣泛的應用前景。

傳統設計鋯合金時，通常采用固溶強化、細晶強化等原理，采用的熱處理方式也較為單一，通常情況下，皆為將鑄態錠子進行熱變形，通常為熱軋制，隨后再進行退火等熱處理，得到的合金板的力學性能很少突破強度和塑性倒置關系的制約。

發明專利CN102965605A公開了一種高強塑性納米結構鋯金屬及其制備方法，其采用液氮低溫軋制制備，獲得的鋯金屬的抗拉強度高(≥836MPa)，均勻延伸率好(≥6％)。但該專利獲得的鋯金屬的強度和塑性仍有待提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬間化合物強韌化異質結構鋯合金及其制備方法，本發明制備的鋯合金在保持較高強度的同時兼具優異的塑性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種金屬間化合物強韌化異質結構鋯合金的制備方法，包括以下步驟：

將鋯合金鑄錠進行預處理，第一冷卻后得到包含AlZr3相的鋯合金錠；所述鋯合金鑄錠包括α-Zr基體和金屬間化合物AlZr2；所述預處理的溫度為800～1000℃，保溫時間為5～250min；

將所述包含AlZr3相的鋯合金錠進行熱軋制，第二冷卻后得到金屬間化合物強韌化異質結構鋯合金；所述熱軋制的溫度為700～950℃。

優選的，所述預處理的保溫時間為15～150min。

優選的，所述第一冷卻的方式為水冷、空冷或爐冷。

優選的，所述第二冷卻的方式為水冷或空冷。

優選的，所述預處理的方法為：先將預處理的設備升溫至預處理的溫度，然后再將鋯合金鑄錠放入預處理設備中，將預處理設備抽真空，進行預處理。

優選的，所述熱軋制為多道次軋制，所述熱軋制的總變形量為65～85％。

優選的，每道次的變形量為8～12％。

優選的，每道次軋制前，還包括對所述包含AlZr3相的鋯合金錠進行保溫處理，所述保溫處理的溫度與熱軋制的溫度相同。

本發明提供了上述方案所述制備方法制備得到的金屬間化合物強韌化異質結構鋯合金，包括粗大的基體相和細小均勻分布的金屬間化合物相，所述基體相為α-Zr相，所述金屬間化合物相為AlZr3相。