[发明专利]高强韧低活化FeCrVO多主元合金及其制备方法

说明书

本发明涉及核能用结构材料及制备领域，提供一种高强韧低活化FeCrVO多主元合金及制备方法，该合金原子百分比表达式Fe_aCr_bV_cO_d，20≤a≤35，20≤b≤35，20≤c≤35，0d≤3，a+b+c+d＝100。制备工艺：将原料Fe、Cr、V去除表面氧化皮，按摩尔比精确称量，O元素以低熔点V₂O₅的形式加入；在非自耗真空电弧炉或真空磁悬浮熔炼炉里熔炼目标合金，用真空吸铸或浇铸法获得合金。本发明创新性地通过添加O元素显著提高低活化FeCrV多主元合金的强度和压缩塑性，综合拉伸性能显著优于现有低活化多主元合金；该合金具高强度高韧性、高热稳定性及优异抗辐照性能，在核能用结构材料领域具应用前景。

技术领域

本发明涉及核能用结构材料及制备技术领域，特别涉及一种高强韧低活化FeCrVO多主元合金及其制备方法。

背景技术

发展安全高效的先进核能系统是国家的重大战略需求，其中核结构材料的抗辐照性能是影响核能反应堆安全性和经济性的关键因素之一，尤其是第四代堆和聚变堆的运行环境复杂且恶劣，存在高中子辐照剂量、高温的服役环境，对核能用结构材料提出了更为苛刻的性能要求。为此，首先要求材料具有低活化特性，中子辐照后不易活化，残余放射性低，便于后处置和再循环利用，其次在强中子辐照、高温条件下具有较好的高温强度、抗辐照性能。

多主元固溶体合金的最大特征在于不同元素在结构内具有随机占位，按照Miracle的观点，当合金的主元数大于等于3时，合金中的原子才具有晶格位点随机占位的可能。同时，合金元素的原子分数一旦超过50％，就无法充分发挥多主元高混乱度效应。多主元合金，或高熵合金，革新了传统合金的设计理念，在合金设计时，可以不依据等原子比进而提高合金设计的自由度，同时还可以添加微量合金元素，调控合金的组织结构，从而优化性能。正是因为如此，多主元合金产生出了许多异乎寻常的新现象，如打破低温脆性高温软化的传统材料设计极限，展现出宽温域应用的工程应用前景。与此同时，已有的研究报告发现，多主元合金表现出优异的抗辐照能力，在核能结构材料领域具有广阔应用前景。

在核能结构材料提高抗辐照性能方面，一种有效的策略是引入高密度的缺陷势阱来促进缺陷的复合，提高材料的抗辐照性能，另一种，则是通过优化材料的结构、成分等来调制缺陷的形成和迁移过程，抑制大尺寸缺陷团簇的形成。其中BCC(体心立方固溶体)多主元合金就是第二种策略的代表，近年来关于多主元合金的抗辐照性能，也进一步显示，多主元合金在抑制缺陷形成、促进缺陷复合方面具有较传统合金明显的优势，同时从理论模拟角度显示，多主元合金具有较短的电子和声子平均自由程，能量耗散的过程更长，有助于辐照移位原子和空位在级联演化过程中的复合。此外，最近的研究表明，在抑制辐照缺陷演化方面，较大晶格畸变的多主元合金具有较高的抗辐照能力。遗憾的是，近年来的研究，主要针对的FCC(面心立方固溶体)结构的多主元合金，或FCC结构的高熵合金，一方面FCC结构的多主元合金晶格畸变的程度低于BCC结构；另外一方面，FCC结构的多主元合金一般含有高活化元素，如Co、Ni等，难熔多主元合金多含有Nb等高活化元素。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，针对先进堆和聚变堆用结构材料的服役环境，多主元合金在抗辐照缺陷能力的优势，选择低活化合金选择，提供一种单相BCC结构的多主元高熵合金，同时，针对BCC结构多主元合金的韧性较差的问题，创新地使用O元素来强化BCC结构低活化FeCrV多主元合金金体系，并通过熔炼工艺，不限于电弧熔炼、真空磁悬浮熔炼工艺，制备出具有高强韧低活化的FeCrVO系多主元固溶体合金。

本发明采用如下技术方案：

一种高强韧低活化FeCrVO多主元合金，所述合金成分的原子百分比表达式为Fe_aCr_bV_cO_d，其中20≤a≤35，20≤b≤35，20≤c≤35，0d≤3，a+b+c+d＝100。