钨及其合金因具有熔点高、沸点高、真空蒸气压低、低的热膨胀系数、无毒、导热性能好以及低溅射率等特性成为未来聚变堆面向等离子体材料第一候选材料.为减少核聚变堆运行过程高能束流及辐射热对钨表面损伤,需要将钨与和热沉材料连接成一体,对钨进行主动冷却.钨及其合金与钢、铜及铜合金之间物理性能差异巨大,实现钨及其合金和异种材料的可靠连接是建造核聚变堆的关键技术.本研究从核聚变堆用钨及其合金与异种材料的特性出发,对钨及其合金与异种材料主要连接技术以及未来可能用到的技术进行了归纳总结,包括钎焊、扩散焊、激光沉积成型等技术,并结合实际工程应用需求,提出了对于钨及其合金与异种材料连接的未来展望,为后续研究提供相关参考.
钨-钽(W-Ta)合金研究对聚变堆钨基材料的研发与服役可靠性评价具有重要意义.本研究围绕热锻W-5％Ta(质量分数)合金开展了高温自离子辐照损伤(2 MeV W+,800℃/1.2 dpa)及热回复试验(1000℃/1 h).采用透射电镜显微缺陷表征方法,证实了高温辐照态样品中出现了大量位错环,其中部分位错环的空间分布表现出"筏型组态"特征.经统计分析,在高温辐照态样品中位错环平均尺寸和数密度分别达到(7.1±1.8)nm和(1.5±0.2)×1022 m-3;而在辐照后退火态样品中,位错环平均尺寸增加至(10.4±6.5)nm,数密度下降至(1.1±0.1)×1022 m-3,辐照孔洞开始出现.结合相关文献,依据辐照缺陷的尺寸、数密度指标讨论了金属W中辐照缺陷在第IV、V回复阶段下的演化机制以及Ta元素的作用.比较发现Ta的钉扎作用延缓了辐照位错环的尺寸粗化与数密度下降趋势,而Ta对辐照孔洞的演化影响甚小.
钨是聚变堆面向等离子体材料的主要候选材料,抗瞬态热冲击能力是其重要的服役性能.为了提高钨的抗热冲击性能,以W-0.5％ZrC复合材料为基体,采用放电等离子烧结制备了具有不同氧化钇含量的W-ZrC-Y复合材料,采用扫描电镜和透射电镜对氧化钇含量与晶粒组织之间的关系进行研究,通过显微硬度和抗弯强度测试对不同氧化钇含量样品的力学性能进行比较,采用高能电子束对其瞬态热冲击行为进行测试.结果表明,钇添加含量为0.5％时,所制备的复合材料具有最为均匀的细晶组织,其弯曲强度最高,同时具有最高的抗瞬态热冲击开裂阈值.
钨铼合金具有更好的耐高温?延展性?低蒸汽压?低电子逸出功和低的韧脆转变温度等优异的高温力学性能,应用于各高温材料领域?结合近年相关研究,从制备钨铼合金粉体和钨铼合金块体两方面出发,综述了Re对钨基材料性能方面的改善效果以及合金制备方法,粉体制备方法有高能球磨法、混粉法、湿化学法和球化法,合金制备方法常见有放电等离子烧结法、气相沉积法、3D打印成型技术等,并结合其应用背景对制备工艺的研究现状及发展趋势进行展望.
为了实现激光粉末床熔化技术(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)成形钨的裂纹抑制,本研究通过添加铼元素和碳元素,成功制备了W-21Re-C合金,并对其成形性、微观组织和力学性能进行了研究.结果发现,LPBF制备W-21Re-C合金的成形窗口较窄,并存在一定数量的孔洞和裂纹缺陷,但相较于纯钨裂纹有所减少.LPBF成形W-21Re-C合金中形成了大量六方W2C亚结构,在快速凝固的作用下,体系中微纳尺度亚结构呈现为枝晶结构和胞状结构.合金中铼元素主要以固溶形式存在于钨基体中,W2C亚结构的枝晶臂间隙和胞壁处也存在一定的铼元素偏聚.在铼对钨基体固溶强化和W2C胞状结构的共同作用下,LPBF成形W-21Re-C合金的显微硬度显著高于良好LPBF成形的纯钨.
