[发明专利]一种抗辐照低中子吸收截面高熵合金、其制备方法及用途

说明书

本发明提供一种抗辐照低中子吸收截面高熵合金、其制备方法及用途，抗辐照低中子吸收截面高熵合金的通式为Alsubgt;a/subgt;Cusubgt;b/subgt;Fesubgt;c/subgt;Mosubgt;d/subgt;Nbsubgt;e/subgt;Nisubgt;f/subgt;Tisubgt;g/subgt;Vsubgt;h/subgt;Ysubgt;i/subgt;Zrsubgt;j/subgt;，其中0≤a≤40％，15％≤b30％，0≤c≤40％，16％≤d≤30％，0≤e10％，0≤f≤40％，35％g≤55％，1％≤h≤20％，1％≤i≤5％，0≤j5％，且a+b+c+d+e+f+g+h+i+j＝100％，a、b、c、d、e、f、g、h、i和j为摩尔百分比。本发明抗辐照低中子吸收截面高熵合金为单相体心立方无序固溶体；该高熵合金抗辐照性能优异，氦离子辐照后合金的硬化率及氦泡密度远低于传统合金。

技术领域

本发明涉及高熵合金技术，尤其涉及一种抗辐照低中子吸收截面高熵合金、其制备方法及用途。

背景技术

锆合金具有优良的力学性能、合适的可加工性和优异的耐腐蚀性，是轻水堆中应用最广泛的燃料包壳材料。新一代被称为事故容错燃料 (ATF)的燃料系统被开发出来，以期提高燃料元件抵御严重事故的能力，并提升核反应堆的运行安全性。考虑到传统合金的局限性，现已尝试将新兴材料应用于该燃料系统包壳材料的设计，以获得抗辐照、耐高温、耐腐蚀的 ATF包壳材料。FeCrAl合金因其较好的耐高温氧化性能而被认为是ATF包壳的重要候选材料。但是FeCrAl合金内较高的Cr和Al含量会显著降低合金塑性和可加工性。此外，高温辐照会导致合金微观结构的变化(晶体结构及晶格常数的改变)，同时促进合金内元素偏析及含Cr析出相的生成，诱发合金的辐照脆化及硬化从而降低FeCrAl合金的抗辐照性能。尽管已经开展了大量工作并取得了一些成果，但研发高性能抗辐照ATF包壳材料仍然是一项艰巨的挑战。

近年来，高熵合金的出现打破了由一个或两个主要元素组成的传统合金设计概念的束缚，极大地拓展了材料开发的空间。由于在室温、高温下优异的综合力学性能和抗辐照性能，高熵合金在先进核能系统的结构部件中具有良好的应用潜力。考虑到反应堆内中子的经济性，包壳材料所含元素应具有较低的中子吸收截面。结合高熵合金的各相优异性能，由低中子吸收截面元素组成的高熵合金可用作ATF包壳材料，以期提升包壳材料的塑性、室温和高温力学性能以及抗辐照性能。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前ATF包壳材料力学性能及抗辐照性能差的问题，提出一种抗辐照低中子吸收截面高熵合金，该合金由低中子吸收截面元素组成以满足包壳材料的设计准则；本发明抗辐照低中子吸收截面高熵合金为单相体心立方无序固溶体；该高熵合金抗辐照性能优异，氦离子辐照后合金的硬化率及氦泡密度远低于传统合金；辐照后该高熵合金的晶格常数保持不变，且合金内未出现显著辐照诱导元素偏析行为，具有很好的结构稳定性，抗辐照性能远优于传统合金；该高熵合金还具有突出的室温及高温下(750 摄氏度)的综合力学性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抗辐照低中子吸收截面高熵合金，

本发明的另一个目的还公开了一种抗辐照低中子吸收截面高熵合金，通式为Al_aCu_bFe_cMo_dNb_eNi_fTi_gV_hY_iZr_j，其中0≤a≤40％，15％≤b30％，0≤c≤40％， 16％≤d≤30％，0≤e10％，0≤f≤40％，35％g≤55％，1％≤h≤20％，1％≤i≤5％， 0≤j5％，且a+b+c+d+e+f+g+h+i+j＝100％，a、b、c、d、e、f、g、h、i和j 为摩尔百分比。