[发明专利]一种AlFeMoNbZr核包壳高熵合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种AlFeMoNbZr核包壳高熵合金材料及其制备方法，属于高熵合金材料技术领域。该AlFeMoNbZr核包壳高熵合金材料，由Al、Fe、Mo、Nb和Zr五种元素组成，按照原子摩尔比记为Al₃Fe_xMo_5.5Nb_7.5Zr_1.25，其中，x=2.5,2.75,3,3.25,3.5。将五种块体进行预处理；将预处理后的五种块体按照熔点从低到高放入真空电弧熔炼炉中进行熔炼；熔炼结束后，自然冷却至室温后，制备得到AlFeMoNbZr核包壳高熵合金材料。相比于传统包壳材料，本发明高熵合金材料极大地减少Zr元素的使用量，在具有相近甚至较高的耐辐射性能、高温性能的前提下减少或没有氢气的产生，极大的提高了安全性。

技术领域

本发明涉及一种AlFeMoNbZr核包壳高熵合金材料及其制备方法，属于高熵合金材料技术领域。

背景技术

相比于传统合金以一种金属作为主要元素，然后添加部分辅助微量元素的设计方法，高熵合金以四到五种金属作为主元，且每种元素含量介于5%-35%之间，使得合金具有高的混合熵，易于得到成分均匀的单相或多相组织，并且使高熵相稳定；高熵合金具有独特的高熵效应，晶格畸变效应，迟滞扩散效应，鸡尾酒效应，使得合金具有高的硬度，抗高温氧化，抗高温软化，优良的耐腐蚀性、抗辐射等性能，使得高熵合金具有良好的使用前景。

传统核包壳材料主要以锆基合金为主，锆金属含量＞95wt%，极端高温工况条件下，锆金属与水容易发生反应生成大量氢气，造成安全事故，这也是日本福岛核电站爆炸的一大原因，给社会经济，人类生活带来难以弥补的损失。

传统金属在经中子辐射时，中子等辐射粒子会撞击原子产生原子缺陷，其核反应会产生嬗变元素，这些晶格缺陷和嬗变元素所引起的材料宏观性能变化称为辐照效应，其性能下降称为辐照损伤，包括辐照硬化，辐照脆化等，导致晶格畸变，晶格常数变大；而最新研究表明，经过离子辐照后，一些高熵合金并未出现辐照硬化，并且出现了晶格常数变小等不同于传统金属的反常现象，这些都使得高熵合金成为一种具有广阔前景的核能应用备选材料。

因此如何找到具有良好高温性能，具有高的安全系数，且具有良好的耐辐射性能的合金材料，是个难题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种AlFeMoNbZr核包壳高熵合金材料及其制备方法。相比于传统包壳材料，本发明高熵合金材料极大地减少Zr元素的使用量，在具有相近甚至较高的耐辐射性能、高温性能的前提下减少或没有氢气的产生，极大的提高了安全性。本发明通过以下技术方案实现。

一种AlFeMoNbZr核包壳高熵合金材料，由Al、Fe、Mo、Nb和Zr五种元素组成，按照原子摩尔比记为Al₃Fe_xMo_5.5Nb_7.5Zr_1.25，其中，x=2.5,2.75,3,3.25,3.5。

所述Al、Fe、Mo、Nb和Zr为纯度均大于99.77wt%的块体。

一种AlFeMoNbZr核包壳高熵合金材料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1、选取上述五种块体，分别通过打磨去除表面氧化皮以及超声波清洗进行预处理；

步骤2、将经步骤1预处理后的五种块体按照熔点从低到高放入真空电弧熔炼炉中，即将熔点最低的元素放在最底部；先抽真空然后通入纯度为99.99wt%氩气进行保护，并进行引弧，首先对真空电弧熔炼炉中自带的Ti锭进行熔炼，以消耗残余氧气，使纯钛保持液态时间约10～15秒，然后对Al、Fe、Mo、Nb、Zr系高熵合金材料进行熔炼，熔炼至全部熔化并混合均匀，然后切断电源，等到母合金铸锭凝固以后，通过机械臂将母合金翻转，并通过同一方法进行下一次熔炼，共熔炼5次，第3～4次时开启电磁搅拌，使母合金铸锭混合更加均匀；