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固體所在高性能納米晶鎢基合金研制方面取得新進展
文章来源: 王冉 发布时间: 2019-11-21

  近期,中國科學院合肥物質科學研究院固体物理研究所方前锋研究员课题组在纳米结构鎢基合金研制方面取得重要進展,通過壓力輔助低溫致密化燒結法成功制備出高強度雙納米結構鎢材料。相關工作發表在International Journal of Refractory Metals and Hard Materials 雜志上。

  鎢基合金被认为是最有潜力的能够应用于聚变反应堆极端环境的面向等离子体第一壁材料,但商业纯钨的脆性极大地限制了其应用。氧化物弥散强化(ODS)是改善鎢基合金韧性的有效途径之一,但目前的ODS-W中氧化物顆粒尺寸較大,達不到理想的強韌化效果。針對這一問題,研究人員借鑒ODS-Fe中采用固溶-沈澱機制將氧化物顆粒尺寸控制在3nm以下的經驗,通過壓力輔助低溫致密化燒結的辦法成功制備了雙納米結構鎢材料:W晶粒尺寸~67 nmY2Ti2O7氧化物顆粒尺寸~ 10 nm

  研究人員首先通過高能球磨將Y2O3Ti固溶W基體中,然後采用放電等離子燒結(SPS技術對高能球磨後的W-1.0%Y2O3-0.7%Ti粉體進行致密化燒結通過嚴格控制燒結溫度使得納米尺度Y2Ti2O7顆粒析出,並均勻彌散分布于鎢基體中,這些細小的第二相納米顆粒抑制鎢晶粒長大,最終實現雙納米結構W-1.0%Y2O3-0.7%Ti塊體合金材料的制備。XRDTEM結果顯示,W晶粒的平均尺寸爲67nm,氧化物顆粒在晶内和晶界的平均粒径分别为8.5 nm16.4 nm,如圖所示。這種納米結構的W合金的顯微維氏硬度高達1441 Hv,是文獻報道的普通W合金的2-3倍。極高的顯微硬度,來源于納米級W晶粒和均匀分散的纳米氧化物顆粒的协同强化作用。这种固溶-析出過程爲通過可控方式分散納米級氧化物制備納米晶難熔金屬提供了一條通用途徑。

  該工作得到科技部重點研發項目和國家自然科學基金的支持。

  文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263436818306528  

  

  雙納米結構W-1.0%Y2O3-0.7%Ti合金的形貌及晶粒、顆粒尺寸分布圖。

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