熱沉材料是制造核聚變堆水冷偏濾器部件的關(guān)鍵材料之一,需具備優(yōu)良的導(dǎo)熱、高溫力學(xué)穩(wěn)定性和抗離子、中子輻照等綜合性能�，F(xiàn)有彌散增強(qiáng)銅合金(DS-Cu)無法滿足未來聚變堆偏濾器熱沉材料的服役要求,而且,目前成熟的DS-Cu制備技術(shù)主要基于內(nèi)氧化法,存在工藝流程復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成本高等問題,規(guī)�；苽淅щy。本工作基于未來聚變堆熱沉材料的性能需求開展前瞻性研究,提出利用銅基非晶作為中間合金,氧化后與純銅(鉻)混合,再通過非自耗電弧熔煉直接制備納米粒子彌散強(qiáng)化的Cu合金,工藝簡(jiǎn)單、高效,有利于實(shí)現(xiàn)規(guī)�；苽�。通過XRD、EPMA、SEM、TEM等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、成分和組織表征,并利用拉伸試驗(yàn)機(jī)、電導(dǎo)率儀對(duì)合金的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能進(jìn)行測(cè)試。論文研究主要結(jié)果如下:(1)提出了一種DS-Cu的高效制備方法。具體流程包括:非晶合金的制備、氧化以及與純銅(鉻)混合熔煉。典型工藝為:首先采用真空電弧熔煉和熔體快淬法制備CuY非晶中間合金,據(jù)其晶化溫度,確定相關(guān)氧化工藝;然后將氧化后的非晶合金與純銅(鉻)混合,直接真空熔煉,得到不同成分的含Y(Cr)DS-Cu。(2)室溫力學(xué)和導(dǎo)電性能測(cè)試表明:隨著Y含量增加,鑄態(tài)DS-Cu的電導(dǎo)率從95%IACS(0.2 wt.%Y)逐漸下降至87%IACS(0.6 wt.%Y);經(jīng)室溫軋制處理后,合金的電導(dǎo)率稍有下降,但強(qiáng)度明顯改善,其中0.3 wt.%Y合金的抗拉強(qiáng)度(σ_b)達(dá)622 MPa,且為塑性斷裂;在950°C退火后,合金的σ_b將顯著下降,并發(fā)生了沿晶脆性斷裂。因此,向合金中添加0.75 wt.%Cr,與無Cr合金相比,添Cr后軋制樣品的σ_b=414 MPa,仍為塑性斷裂,且固溶時(shí)效處理后合金的σ_b下降至283 MPa,比先前無Cr合金的高120MPa,但脆性斷裂模式不變,不同的是斷口上有少量韌窩形成,這說明Cr的添加將有助于改善合金時(shí)效態(tài)樣品的室溫力學(xué)性能,但會(huì)稍微影響合金的室溫電導(dǎo)率,測(cè)得該合金的室溫電導(dǎo)率值為82±1%IACS。(3)微結(jié)構(gòu)分析表明:DS-Cu基體上彌散分布球形第二相納米粒子,其大小在2-10 nm之間,這表明該DS-Cu制備新方法的可行性。與無Cr合金相比,含Cr合金時(shí)效后晶內(nèi)析出相明顯減少,且晶界形態(tài)發(fā)生了變化,但晶界析出物依然大量存在,且成分無明顯變化。分析表明:晶內(nèi)析出物是體心四方結(jié)構(gòu)未知相(a=b=0.43 nm,c=0.31nm),晶界析出物是面心立方Cu固溶體相和納米未知相的混合物;含Cr合金中有納米大小的FCC型富Cr相粒子析出,它們與基體Cu存在明確的共格關(guān)系。本研究表明Cr的少量添加會(huì)顯著影響合金的組織與性能,其作用機(jī)制和影響規(guī)律值得進(jìn)一步深入探究。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TL627;TG146.11
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 前言
    1.1 研究背景及意義
    1.2 偏濾器用材選擇
        1.2.1 PFM的選擇
        1.2.2 HSM的選擇
    1.3 彌散強(qiáng)化銅合金（DS-Cu）
    1.4 DS-Cu合金的制備
        1.4.1 內(nèi)氧化法（Internal Oxidation）
        1.4.2 機(jī)械合金化法（Mechanical Alloying）
        1.4.3 化學(xué)沉淀法（Chemical Precipitation）
        1.4.4 液相原位反應(yīng)（In-Situ Reaction at Liquidus Temperature）
        1.4.5 反應(yīng)噴射沉積法（Reactive Spray Deposition）
        1.4.6 復(fù)合鑄造法（Compocasting）
        1.4.7 液相合金混合原位反應(yīng)法（Mixalloy Process）
    1.5 研究目標(biāo)及內(nèi)容
2 合金制備及實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)方案
    2.2 合金的制備
        2.2.1 母合金錠的制備
        2.2.2 非晶中間合金條帶的制備
        2.2.3 DS-Cu合金的制備及成型工藝
    2.3 微結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試
        2.3.1 金相形貌
        2.3.2 顯微硬度
        2.3.3 X射線衍射
        2.3.4 熱重分析
        2.3.5 電子探針成分分析
        2.3.6 透射電鏡微結(jié)構(gòu)觀察
        2.3.7 電導(dǎo)率測(cè)試
        2.3.8 拉伸實(shí)驗(yàn)及斷口分析
3 非晶合金氧化工藝的探索
    3.1 非晶合金成分的選擇及結(jié)構(gòu)表征
        3.1.1 母合金成分的選擇
        3.1.2 非晶合金的X射線衍射
    3.2 非晶合金的晶化及熔化行為
    3.3 DTA模擬非晶合金氧化增重過程
    3.4 本章小結(jié)
4 DS Cu-Y合金的微結(jié)構(gòu)和性能
    4.1 鑄態(tài)DS Cu-Y合金的微觀組織和顯微硬度
        4.1.1 鑄態(tài)合金的金相組織
        4.1.2 鑄態(tài)合金的顯微硬度
    4.2 軋制態(tài)DS Cu-Y合金的微觀組織和力學(xué)性能
        4.2.1 軋制態(tài)合金的金相組織
        4.2.2 軋制態(tài)合金的顯微硬度
        4.2.3 軋制態(tài)合金的拉伸及斷口
    4.3 不同狀態(tài)下DS Cu-Y合金的電導(dǎo)率
    4.4 DS Cu-Y合金微結(jié)構(gòu)和成分分析
        4.4.1 合金X射線衍射
        4.4.2 合金EPMA結(jié)果分析
        4.4.3 合金TEM微結(jié)構(gòu)觀察
    4.5 本章小結(jié)
5 探索Cr元素對(duì)DS Cu-Y合金微結(jié)構(gòu)和性能的影響
    5.1 DS Cu-Cr-Y合金的金相組織
        5.1.1 鑄態(tài)/時(shí)效態(tài)合金金相組織
        5.1.2 軋制態(tài)/時(shí)效態(tài)合金金相組織
    5.2 DS Cu-Cr-Y合金的力學(xué)性能
        5.2.1 合金顯微硬度
        5.2.2 合金拉伸及斷口
    5.3 不同狀態(tài)下DS Cu-Cr-Y合金的電導(dǎo)率
    5.4 DS Cu-Cr-Y合金的微結(jié)構(gòu)和成分分析
        5.4.1 合金X射線衍射
        5.4.2 合金EPMA結(jié)果分析
        5.4.3 合金TEM微結(jié)構(gòu)觀察
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號(hào)：2857023