【摘 要】
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钨具有高熔点、高热导率、低氢滞留量、低热膨胀率等优异综合性能,因此被认为是面向等离子体第一壁的最有前景候选材料。合金化是最常用的改善钨基体材料性能的手段之一。本文首先通过机械合金化和放电等离子烧结方法制备了W-Cr合金,探索了掺杂Cr元素对W基合金组织结构、高温辐照行为和高温氧化行为的影响。然后向W-Cr合金中添加金属间化合物WSi2,研究了WSi2添加量与材料抗高温氧化性能之间的关联性。最后通过
【基金项目】
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科技部专项“高性能W基材料制备技术及应用基础研究”（项目编号:2014GB121000）； 国家自然科学基金面上项目“核壳结构多相掺杂钨纳米粉体的制备与材料辐照损伤行为研究”（51574101）； 高等学校学科创新引智计划“清洁能源新材料与技术学科创新引智基地”（111计划,B18018）；
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钨具有高熔点、高热导率、低氢滞留量、低热膨胀率等优异综合性能,因此被认为是面向等离子体第一壁的最有前景候选材料。合金化是最常用的改善钨基体材料性能的手段之一。本文首先通过机械合金化和放电等离子烧结方法制备了W-Cr合金,探索了掺杂Cr元素对W基合金组织结构、高温辐照行为和高温氧化行为的影响。然后向W-Cr合金中添加金属间化合物WSi2,研究了WSi2添加量与材料抗高温氧化性能之间的关联性。最后通过悬浮熔炼的方法将Ta、Ti、V元素同时掺杂W-Cr合金制备了WCr Ta VTi高熵合金,并对其组织结构及力学性能进行表征。主要研究结果如下:（1）掺杂Cr元素显著提高了合金的烧结致密度和显微硬度。W-20Cr合金中半共格析出相Cr-O提高了合金的晶界强度,样品的断口形貌从典型的沿晶断裂变成了穿晶断裂。高温氧化实验结果表明W-20Cr合金具有更好的抗高温氧化性能,在高温氧化过程中,烧结态原始组织中富钨相对合金的抗氧化性能及其不利,此外氧化层中Cr2WO6和Cr WO4有利于提高W-Cr合金的氧化层的稳定性,从而抗高合金的抗高温氧化性能。（2）低剂量He离子辐照实验结果表明,钨基材料表面出现了三种不同的损伤形貌:W基体表面呈台阶状、Cr-O区域存在大量纳米颗粒、W-Cr-O混合区域呈疏松层片状,W基体表面未形成FUZZ结构。在高剂量辐照样品的中心区域,钨基体表面结构疏松。少量的纳米FUZZ结构出现在钨基台阶状结构边缘处。掺杂Cr元素有效地推迟了W基合金纳米FUZZ结构的形成。半共格析出相Cr-O的存在提高了W-Cr合金的抗辐照性能。（3）通过机械混粉和放电等离子体烧结的方法制备了（WSi2）x(W0.67Cr0.33)y合金。随着掺杂WSi2含量增多,（WSi2）x(W0.67Cr0.33)y合金的抗高温氧化性能逐渐下降,合金中形成了粗大的Si O2相,Cr、Si元素发生偏析生成Cr Si3。（WSi2）0.01(W0.67Cr0.33)0.99合金具有最优异的抗高温氧化性能,在1000°C循环氧化15小时后,氧化增重仅为纯钨氧化增重的16.8%。（4）真空悬浮熔炼方法制备了等摩尔比的五元（W,Cr,Ta,V,Ti）难熔高熵合金。合金组织主要由BCC固溶体和Ti3O5两种物相组成。WCr Ta VTi在高温下合金仍保持较高强度,与传统合金相对比具有更强的抗高温软化能力。合金的热导率和热扩散系数随着温度升高而增加。
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