[发明专利]掺钾的钨合金块材及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种掺钾的钨合金块材及其制备方法和应用，其中的掺钾的钨合金块材中钨的质量百分比≥99.95％；所述掺钾的钨合金块材的晶向(001)占比为5～15％，晶向(101)占比为60～85％，晶向(111)占比为0～15％；该掺钾的钨合金块材的再结晶温度≥1700℃、韧脆转变温度≤100℃、室温热导率≥168W·m^‑1·K^‑1，即该掺钾的钨合金块材同时具备优异的晶粒结构稳定性、低温韧性，且热导性能优良，可用作钨基面向等离子体材料。

技术领域

本发明涉及掺杂钨合金材料领域，特别是涉及一种掺钾的钨合金块材及其制备方法和应用。

背景技术

钨具有熔点高(约3410℃)、密度高(约19.3g/cm³)、热导率高(约173W·m^-1·K^-1)等优点，被认为是未来聚变堆装置中最具潜力的面向等离子体材料之一。然而，传统块体纯钨的低温脆性、再结晶温度低及辐照脆化等问题，严重限制了其加工和工程应用。在核聚变反应堆中，钨材料长期暴露在超高温下，很可能发生再结晶和晶粒显著长大，导致不良的微观结构产生和机械性能下降。而且，钨材料表层将产生比原始状态更高的温度，其热导率将急剧降低，这非常不利于散热；模块中累积的大量热应力还可能会导致模块严重的几何变形，甚至威胁其结构完整性和使用寿命。因此，理想的钨基面向等离子体材料应具备优异的晶粒结构稳定性和良好的低温韧性及热导性能。

发明内容

基于此，本发明提供一种具有优异的晶粒结构稳定性、低温韧性且热导性能优良的掺钾的钨合金块材及其制备方法。

本发明的第一方面提供了一种掺钾的钨合金块材，所述掺钾的钨合金块材中钨的质量百分比≥99.95％；

所述掺钾的钨合金块材的晶向(001)占比为5～15％，晶向(101)占比为60～85％，晶向(111)占比为0～15％。

在一些实施例中，以质量计，所述掺钾的钨合金块材中钾的含量为50～150ppm。

在一些实施例中，所述掺钾的钨合金块材的平均晶粒尺寸≤20μm。

在一些实施例中，所述掺钾的钨合金块材相对于纯钨块材的密度≥98％。

在一些实施例中，所述掺钾的钨合金块材相对于其制备过程中的烧结坯的变形量为75～90％。

在一些实施例中，所述掺钾的钨合金块材还满足下述项中的至少一项：

(1)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中氧的含量≤50ppm；

(2)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中铝的含量≤20ppm；

(3)以质量计，所述掺钾的钨合金块材中硅的含量≤20ppm；

(4)所述掺钾的钨合金块材的再结晶温度≥1700℃；

(5)所述掺钾的钨合金块材的韧脆转变温度≤100℃；

(6)所述掺钾的钨合金块材的室温热导率≥168W·m^-1·K^-1。

本发明的第二方面提供了一种掺钾的钨合金块材的制备方法，包括如下步骤：

将掺杂钨粉进行预成形处理，制得生坯；其中，所述掺杂钨粉中含钾；

将所述生坯进行烧结处理，制得烧结坯；

将所述烧结坯进行开坯锻；

将开坯锻后的所述烧结坯进行多道次锻造，制得所述掺钾的钨合金块材。

在一些实施例中，进行多道次锻造时包括下述条件中的至少一项：