[发明专利]一种抗氦离子溅射的钒合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚变堆候选结构材料钒合金的制备技术领域，具体涉及的是一种抗氦离子溅射的钒合金的制备方法。

背景技术

钒合金相对于其它结构材料而言，具有优良的低活化特性和高温强度以及韧脆转变温度低等优点，该合金在聚变反应堆的第一壁、包层和偏滤器等结构的设计中备受关注，且最有希望应用于Li/V包层中。经过系统深入的研究，并根据多项性能考核结果，美国、日本等国首推V-4Cr-4Ti为聚变堆结构材料的候选材料，在聚变堆中，氘氚等离子体以及从等离子区逃逸的α粒子均会对V-4Cr-4Ti合金产生氦离子辐照和溅射，从而导致其表面鼓泡、起皮等，因此V-4Cr-4Ti合金抗氦离子溅射的能力有待改善。

为了提高V-4Cr-4Ti合金抗氦离子溅射的能力，有效减少氦离子在合金表面溅射所引起的鼓泡和掉皮现象，可以通过减少V-4Cr-4Ti合金中固溶氧的含量，从而减少氧脆现象。而在V-4Cr-4Ti合金中掺杂稀土元素则可以有效降低合金中固溶氧的含量及合金的晶粒尺寸，合金中的固溶氧含量及晶粒尺寸的减少均有利于合金韧性的提高，从而可望改善该合金抗氦离子溅射的能力。因此，在V-4Cr-4Ti合金熔炼的过程中添加适量的稀土元素，可以制备出较好抑制氦离子溅射的钒合金。

目前，聚变堆结构材料V-4Cr-4Ti合金的制备技术已有大量研究成果，例如：

(1)W.R.Johnsonand,J.P.Smith.Fabrication of a 1200kg ingot of V-4Cr-4Ti alloy for the D Ⅲ-D radioactive divertor program,J.Nucl.Mater.,258-263(1998)：1425；

(2)T.Nagasaka,N.J.Heo,T.Muroga,et al.Examination of fabrication process parameters for improvement of low-activation vanadium alloys,Fusion Eng.Des.,61-62(2002)757-762；

(3)A.N.Tyumentsev,A.D.Korotaev,Yu.P.Pinzhin,et al.Effect of the modes of thermomechanical treatment on the formation of the multiphase and grain structure of V-4Ti-4Cr alloys,J.Nucl.Mater.,329-333(2004)429-433；

(4)李鱼飞.V-4Cr-4Ti合金的制备及组织结构研究[硕士论文].中国工程物理研究院研究生部；

(5)中国专利申请公开号：CN105154737A公开了一种钒铬钛合金板的制备工艺，该合金板的组成为V：88～94％，Cr：2.9～6％，Ti：2.6～6％，余量为不可避免的杂质，该技术采用 金属热还原法+真空感应精炼法制备合金铸锭。

而在V-4Cr-4Ti合金中掺稀土元素的报道则比较少，相关文献包括：

(1)Toshinori Chuto,Manabu Satou,Akira Hasegawa,et al.Fabrication using a levitation melting method of V-4Cr-4Ti-Si-Al-Y alloys and their mechanical properties,J.Nucl.Mater.,307-311(2002)555-559；

(2)Takuya Nagasaka,Takeo Muroga,Takeshi Hino,et al.Impurity behavior in V-4Cr-4Ti-Y alloys produced by levitation melting,J.Nucl.Mater.,367-370(2007):823。

这两篇文献报道的V-4Cr-4Ti-Y合金铸锭的制备方法均采用磁悬浮熔炼法制备，不适用于大规模生产；同时，钇的添加形式为金属钇，由于金属钇非常活泼，在添加前极易氧化，因此也严重影响了合金的性能。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种抗氦离子溅射的钒合金的制备方法，其可在不影响合金性能的前提下，大幅增强抗氦离子溅射的能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：