[發明專利]一種納/微米結構鋯合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202210570618.6
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114855016B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 鄒永濤;張世豪;周滄濤;阮雙琛
• 申請（專利權）人: 深圳技術大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;B22F3/14;C22C16/00;C22C14/00;C22C1/02;B22D7/00;C22F1/18
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 程曉

一種納/微米結構鋯合金及其制備方法，屬于高溫合金領域。納/微米結構鋯合金的制備方法包括：將初始原料置于大腔體高溫高壓實驗裝置中，在壓力為1?25 GPa且溫度為1000?2000℃的條件下燒結/合成，形成大尺寸納/微米結構鋯合金，其中，初始原料由鋯和金屬M組成，金屬M包括鈮、鈦、鐵、錫中的至少一種。利用制備方法的改進，從而制得高致密度且晶粒為納/微米級的鋯合金塊材，并兼具有優異的力學性能及力學穩定性。

技術領域

本申請涉及高溫合金領域，具體而言，涉及一種納/微米結構鋯合金及其制備方法。

背景技術

鋯合金包括Ti-Zr合金、Nb-Zr合金及Nb-Ti-Zr合金等。

其中，Ti-Zr合金在高溫高壓條件下具有優異的力學性能、抗蠕變性等，并在室溫下機械性能良好(相對較低的彈性模量，優良的塑性等)，因此引起了科學界和工程應用界的廣泛關注。例如Ti-Zr合金的低中子俘獲截面作為核工業的重要材料，以及優秀的抗腐蝕性能，優良的可塑性，且對機體無毒性作用，廣泛應用在生物材料，如骨骼，牙齒等。

Zr-Nb合金由于其優異的力學性能、良好的導熱性、低中子俘獲截面及良好的高溫高壓耐腐蝕及抗蠕變性能等而作為核工業的寶貴材料，如Zr-2.5Nb核燃料包覆材料等。Zr-Nb合金也由于其優異的力學性能(如：強度、韌性、彈性模量)及生物相容性，而作為理想的膝關節和髖關節等骨科植入替代材料，應用于生物醫學等。

但目前的鋯合金的力學性能、熱穩定性存在局限性，如何進一步提高鋯合金的力學性能及熱穩定性等，在材料加工及制造業領域內意義重大。

發明內容

本申請提供了一種納/微米結構鋯合金及其制備方法，其能夠通過制備方法的改進，以優化納/微米結構鋯合金的力學性能、熱力學穩定性。

本申請的實施例是這樣實現的：

在第一方面，本申請示例提供了一種納/微米結構鋯合金的制備方法，其包括：

將初始原料置于大腔體高溫高壓實驗裝置內，在壓力為1-25GPa且溫度為1000-2000℃的條件下燒結/合成，形成大尺寸納/微米結構鋯合金。

其中，初始原料由鋯和金屬M納/微米粉體材料組成，金屬M包括鈮和鈦中的至少一種。

本申請提供的納/微米結構鋯合金的制備方法，創造性引入高溫高壓材料制備工藝，在壓力為1-25GPa且溫度為1000-2000℃的高溫高壓條件下使鋯和金屬M發生相變及高壓固相反應，從而燒結/合成晶粒為納/微米級的納/微米結構鋯合金，一方面利用高壓抑制晶粒生長的熱力學效應以細化晶粒，從而制得晶粒為納/微米級鋯合金塊體材料，另一方面利用高壓使晶粒與晶粒之間更加緊密的結合在一起，從而提高納/微米結構鋯合金的致密度，進而有效優化納/微米結構鋯合金的力學性能以及熱力學穩定性。

在一些可選地實施例中，金屬M為鈮，金屬M和鋯的摩爾比為(1-X):X，其中X＝0.1、0.2、0.3、0.5、0.7、0.8或0.9。

在一些可選地實施例中，金屬M為鈦，金屬M和鋯的摩爾比為1-2:1。

在一些可選地實施例中，燒結/合成的時間為至少10min。

在一些可選地實施例中，燒結/合成的時間為10-120min。

在一些可選地實施例中，將初始原料以鑄錠的形式置于高溫高壓腔體，鑄錠由以下制備方法制得：將鋯和金屬M混合，真空熔煉，冷卻所得。

可選地，真空熔煉的真空度為(2-5)×10^-3Pa，真空熔煉的溫度為500-600℃。

可選地，混合包括：將鋯和金屬M粉體材料置于球磨機中，以300-500rpm球磨10-25h。