一種放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，其包括以下步驟：將Zr粉、Fe粉和Cr粉按3:4:2的摩爾比進(jìn)行配料，初步混合；將初步混合后的上述原料、磨球及無水乙醇放入球磨罐中進(jìn)行球磨處理，得到鋯合金粉末；將所述鋯合金粉末壓制成致密坯體；將所述致密坯體裝入放電等離子體燒結(jié)的模具中，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)處理，制得鋯合金塊體，其中所述燒結(jié)處理的條件為：燒結(jié)電流為直流脈沖電流，燒結(jié)真空度≤10pa，燒結(jié)壓力10～60Mpa，燒結(jié)溫度1100～1800℃，保溫時間3～10min。本發(fā)明提供的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法制備得到的鋯合金塊體由單一的純Zr-Fe-Cr Laves相組成，具有良好的耐腐蝕性能，而且其制備方法簡單、燒結(jié)時間短、能耗低。
【專利說明】一種放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料的制備方法，尤其涉及一種放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于鋯合金具有良好的耐腐蝕性能、良好的導(dǎo)熱性能和較低的中子吸收截面，因此在核反應(yīng)堆中作為包殼材料和堆芯結(jié)構(gòu)材料得以廣泛使用。其中，目前應(yīng)用最廣泛最成熟的鋯合金為Zr-2和Zr-4合金。Zr_2和Zr_4合金因其具有較高的耐高溫水和蒸汽腐蝕性能、以及合適的強(qiáng)度和延性等特點(diǎn)，這兩種鋯合金長期被用作水冷動力堆的燃料元件包殼。
[0003]隨著核燃料燃耗要求的不斷提高，以及延長鋯合金在堆芯中的停留時間，傳統(tǒng)鋯合金的耐腐蝕性能已不能滿足未來核電發(fā)展的需求，因此需要研宄新型具有較高耐腐蝕性能的錯合金。
[0004]經(jīng)長期的堆內(nèi)運(yùn)行以及堆外的模擬試驗(yàn)證實(shí)，鋯合金的耐腐蝕性能依賴于其中的第二相粒子，鋯合金中第二相粒子的分布、大小及其種類對合金的抗腐蝕性能和機(jī)械性能有著重要的影響。目前較為一致的結(jié)論認(rèn)為:Zr-2合金中主要存在Zr-Fe-Cr Laves相和Zr-Fe-Ni Zintl相兩種析出相，Zr-4合金中只存在Zr-Fe-Cr Laves相一種析出相，其中Zr-2 合金中 Zr (Fe，Cr) 2 粒子的 η (Fe)/n (Cr) ^ 0.5，Zr_4 合金中 Zr (Fe, Cr) 2 粒子的 η (Fe)/η (Cr) ^ 2ο
[0005]因此，僅含有Zr-Fe-Cr Laves相的錯合金無疑是燃料元件包殼材料的首選，但是目前制備的鋯合金通常摻雜著Zr-Fe-Ni Zintl相，而且存在制備過程復(fù)雜、制備時間長、能耗尚等缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，經(jīng)過配料混合、預(yù)壓成型、放電等離子體燒結(jié)等步驟，使制得的鋯合金塊體僅含有Zr-Fe-CrLaves相，具有良好的耐腐蝕性能，且該制備方法簡單、燒結(jié)時間短、能耗低。
[0007]本發(fā)明提供的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，包括以下步驟:
[0008]將Zr粉、Fe粉和Cr粉按3:4:2的摩爾比進(jìn)行配料，初步混合；
[0009]將初步混合后的上述原料、磨球及無水乙醇放入球磨罐中進(jìn)行球磨處理，得到鋯合金粉末；
[0010]將所述鋯合金粉末壓制成致密坯體；
[0011]將所述致密坯體裝入放電等離子體燒結(jié)的模具中，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)處理，制得鋯合金塊體，其中所述燒結(jié)處理的條件為:燒結(jié)電流為直流脈沖電流，燒結(jié)真空度(10pa，燒結(jié)壓力10?60Mpa，燒結(jié)溫度1100?1800°C，保溫時間3?1min。
[0012]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，放入球磨罐中的原料、磨球和無水乙醇的質(zhì)量比為 1:2:2。
[0013]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述磨球的材質(zhì)為Zr02。
[0014]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述球磨處理的轉(zhuǎn)速為300?480r/min，球磨時間為30?120min。
[0015]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述燒結(jié)處理的升溫速率為75°C /min。
[0016]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述氬氣為高純氬氣。
[0017]在本發(fā)明的一種較佳實(shí)施例中，所述鋯合金塊體由單一的純Zr-Fe-Cr Laves相組成。
[0018]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法制備得到的鋯合金塊體由單一的純Zr-Fe-Cr Laves相組成，具有良好的耐腐蝕性能，而且其制備方法簡單、燒結(jié)時間短、能耗低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中得到的鋯合金塊體的XRD圖譜。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]本發(fā)明放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0022]首先，將Zr粉、Fe粉和Cr粉按3:4:2的摩爾比進(jìn)行配料，初步混合；
[0023]然后，將初步混合后的上述原料、磨球及無水乙醇按照1:2:2的質(zhì)量比放入球磨罐中，密封后將球磨罐放入球磨機(jī)中，轉(zhuǎn)速為300?480r/min，連續(xù)球磨30?120min，取下球磨罐，冷卻，取出錯合金粉末自然干燥，其中所述磨球的材質(zhì)優(yōu)選用ZrO2;
[0024]接著，將所述鋯合金粉末用鋁箔包裹后，使用粉末壓片機(jī)壓制成致密坯體；
[0025]最后，將所述致密坯體裝入放電等離子體燒結(jié)的模具中，在高純氬氣保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)處理，其中所述燒結(jié)處理的條件為:燒結(jié)電流為直流脈沖電流，燒結(jié)真空度< 10pa，燒結(jié)壓力10?60Mpa，燒結(jié)溫度1100?1800°C，升溫速率為75°C /min，保溫時間3?lOmin，燒結(jié)完畢后隨模具一同冷卻至約200°C以下，然后從模具中取出，即可獲得鋯合金塊體。
[0026]下面對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說明:
[0027]實(shí)施例1
[0028]取Zr粉0.73g、Fe粉0.60g、Cr粉0.28g，初步混合后放入球磨罐中，再放入3.20gZrO2磨球和3.20g無水乙醇，密封后將球磨罐放入球磨機(jī)中，轉(zhuǎn)速為480r/min，連續(xù)球磨120min后取下球磨罐，冷卻，取出鋯合金粉末自然干燥；將所述鋯合金粉末用鋁箔包裹后使用粉末壓片機(jī)壓制成致密坯體；最后將所述致密坯體裝入放電等離子體燒結(jié)的模具中，在模具中通入高純氬氣，充分洗氣后，采用直流脈沖電流，在真空度< 10pa、50Mpa壓力下，以75°C /min的升溫速率加熱至1200°C，保溫3min，燒結(jié)完畢后隨模具一同冷卻至約200°C以下，然后從模具中取出，即可獲得鋯合金塊體。所述鋯合金塊體的XRD圖譜如圖1所示，從圖中可知，所述錯合金塊體由單一的純Zr-Fe-CrLaves相組成，具有良好的耐腐蝕性能。
[0029]實(shí)施例2
[0030]取Zr粉0.65g、Fe粉0.53g、Cr粉0.25g，初步混合后放入球磨罐中，再放入2.85gZrO2磨球和2.85g無水乙醇，密封后將球磨罐放入球磨機(jī)中，轉(zhuǎn)速為360r/min，連續(xù)球磨10min后取下球磨罐，冷卻，取出鋯合金粉末自然干燥；將所述鋯合金粉末用鋁箔包裹后使用粉末壓片機(jī)壓制成致密坯體；最后將所述致密坯體裝入放電等離子體燒結(jié)的模具中，在模具中通入高純氬氣，充分洗氣后，采用直流脈沖電流，在真空度< 10pa、40Mpa壓力下，以75°C /min的升溫速率加熱至1000°C，保溫5min，燒結(jié)完畢后隨模具一同冷卻至約200°C以下，然后從模具中取出，即可獲得鋯合金塊體。制得的鋯合金塊體由單一的純Zr-Fe-CrLaves相組成，具有良好的耐腐蝕性能。
[0031]實(shí)施例3
[0032]取Zr粉0.86g、Fe粉0.71g、Cr粉0.33g，初步混合后放入球磨罐中，再放入3.80gZrO2磨球和3.80g無水乙醇，密封后將球磨罐放入球磨機(jī)中，轉(zhuǎn)速為480r/min，連續(xù)球磨120min后取下球磨罐，冷卻，取出鋯合金粉末自然干燥；將所述鋯合金粉末用鋁箔包裹后使用粉末壓片機(jī)壓制成致密坯體；最后將所述致密坯體裝入放電等離子體燒結(jié)的模具中，在模具中通入高純氬氣，充分洗氣后，采用直流脈沖電流，在真空度< 10pa、60Mpa壓力下，以75°C /min的升溫速率加熱至1600°C，保溫3min，燒結(jié)完畢后隨模具一同冷卻至約200°C以下，然后從模具中取出，即可獲得鋯合金塊體。制得的鋯合金塊體由單一的純Zr-Fe-CrLaves相組成，具有良好的耐腐蝕性能。
[0033]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法制備得到的鋯合金塊體由單一的純Zr-Fe-Cr Laves相組成，具有良好的耐腐蝕性能，而且其制備方法簡單、燒結(jié)時間短、能耗低。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 將Zr粉、Fe粉和Cr粉按3:4:2的摩爾比進(jìn)行配料，初步混合； 將初步混合后的上述原料、磨球及無水乙醇放入球磨罐中進(jìn)行球磨處理，得到鋯合金粉末； 將所述鋯合金粉末壓制成致密坯體； 將所述致密坯體裝入放電等離子體燒結(jié)的模具中，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)處理，制得鋯合金塊體，其中所述燒結(jié)處理的條件為:燒結(jié)電流為直流脈沖電流，燒結(jié)真空度< 10pa，燒結(jié)壓力10?60Mpa，燒結(jié)溫度1100?1800°C，保溫時間3?1min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，其特征在于，放入球磨罐中的原料、磨球和無水乙醇的質(zhì)量比為1:2:2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，其特征在于，所述磨球的材質(zhì)為ZrO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，其特征在于，所述球磨處理的轉(zhuǎn)速為300?480r/min，球磨時間為30?120min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，其特征在于，所述燒結(jié)處理的升溫速率為75 °C /min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，其特征在于，所述氬氣為高純氬氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放電等離子體燒結(jié)制備鋯合金的方法，其特征在于，所述鋯合金塊體由單一的純Zr-Fe-Cr Laves相組成。
【文檔編號】C22C16/00GK104451259SQ201410640314
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】馬文, 邢書沛, 白亞奎, 凌云漢, 董紅英, 金喜龍 申請人:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué), 清華大學(xué)