核聚变堆用钨表面超精密抛光的研究现状与趋势

钨作为未来核聚变堆中最有前景的面向等离子体材料,在反应堆工况下将承受高能粒子的辐照冲击。表面质量的好坏会直接影响材料的氢/氦滞留行为和辐照损伤程度,进而影响聚变堆的安全性和可靠性。现阶段,针对钨的抗辐照改性研究主要着眼于材料的成分、结构和组织设计,关于机械加工对材料表面抗辐照改性的研究甚少。文章聚焦前沿科学问题,从机械加工角度分析核材料领域科学问题,结合国内外相关研究成果及核聚变堆用钨(PFM-W)的机械加工现状,阐述了PFM-W表面超精密抛光的必要性。通过对比不同抛光方法,提出了磁流变抛光和力流变抛光是较为适合PFM-W表面超精密加工的观点,并对未来PFM-W表面超精密抛光研究趋势进行了分析,重点在抛光方法的探索以及抛光后材料表面质量对抗辐照性能影响的研究。     

纳米W-Cu粉末的均相沉淀法制备及其烧结性能

采用湿化学工艺--蒸氨均相沉淀法,制备了纳米CuWO4·2H2O/Cu2WO4(OH)2均相沉淀物,然后煅烧、还原,得到含Cu 30%的W-Cu复合粉.将该复合粉压坯在H2气氛中于不同温度下烧结后,对烧结体的微结构和物理、力学性能等进行了测试分析.实验结果表明:蒸氨均相沉淀法制备的W-Cu复合粉体具有纳米粒度和均匀的化学组成,其烧结活性高,在较低温度下烧结即可达很高的致密化程度.由上述W-Cu粉体所制备的烧结体具有良好的物理、力学性能.     

化学成分及热处理对镀镍层耐磨性的影响

试验研究了化学成分与热处理对化学镀镍层耐磨性的影响。磷含量的改变使镀镍层的组织结构变化,低磷固溶体4.0％P合金的磨损体积低于非晶态9.O％P合金,经过175~600℃热处理,耐磨性具有不同的变化;镀镍层中复合硬质相SiC,耐磨性优于镍磷合金层,并随热处理改变。     

机械合金化过程中Fe75 Al25二元系统的结构演变

采用X射线衍射仪、差式扫描量热仪等研究机械合金化过程中Fe75Al25元素混合粉的结构演变及热处理对粉体结构的影响。研究表明：球磨过程中，Al向Fe中扩散，直至Al完全溶入Fe中形成非平衡过饱和固溶体Fe(Al)。球磨过程中，Fe75Al25元素混合粉晶粒细化呈现先快后慢的趋势，球磨25h后的晶粒尺寸为6．9nm。Fe75Al25元素混合粉在球磨后的热处理过程中，由无序的Fe(A1)固溶体向有序的DO3-Fe3Al金属间化合物转变。     

机械合金化对W-20Cu复合材料的显微组织与性能的影响

采用机械合金化结合粉末冶金技术制备W-20Cu(vol%)复合材料.利用扫描电镜和金相显微镜对不同球磨时间的W-20Cu复合材料显微组织进行表征,并对材料的各项物理性能进行测试.结果表明,随着球磨时间的延长,W-20Cu烧结体的组织越来越均匀,Cu相分布也越来越均匀.W-20Cu烧结体密度、收缩率、硬度、抗弯强度随球磨时间的延长而增大;球磨20h的W-20Cu复合粉烧结体热导率达到峰值(130.61 Wm-1K-1),继续球磨,热导率减小.综合考虑所有研究结果,通过机械合金化所制备的W-Cu复合粉体可以获得具有优异综合物理性能的W-20Cu复合材料.     

面向等离子体W材料改善韧性的方法与机制

作为面向等离子体候选材料,金属W多晶材料具有低韧性的特点,表现出室温脆性行为和高的韧脆转变温度,极大地限制了其在工程上的应用。针对当前常用的改善W韧性的方法:细化晶粒,添加合金化元素、第二相颗粒和W纤维以及加工变形技术,本文从内韧化和外韧化2种韧化机制来阐述各种韧化方法,以加深对改善W韧性的理解。结合目前国内外研究现状,对改善钨基材料的方法进行讨论并对改善钨基材料发展方向进行简单展望。     

添加稀土对机械合金化制备Cu-Ag合金性能的影响

利用机械合金化技术制备Cu-Ag复合粉末,用粉末冶金方法制备Cu-Ag-Re合金.采用XRD和H800电子显微镜研究了稀土的加入对Cu-Ag机械合金化过程的影响,并研究Cu-Ag-Re合金的微观组织、密度、硬度、电阻率等性能.结果表明稀土的加入有利于Cu-Ag机械合金化的进行,在Cu-Ag合金中添加稀土,可以使材料获得较好的硬度和导电性能.     

纯Ar气氛中退火对Al掺杂ZnO薄膜性能的影响

用射频磁控溅射技术制备了高度择优取向的Al掺杂ZnO(ZAO)薄膜,并对薄膜在纯氩气中进行了400～600℃的退火处理.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光谱仪和四探针测试仪等对退火前后薄膜进行了表征和光学、电学性能研究.研究表明,纯氩气中退火处理对ZAO薄膜的晶体、光学和电学性能有影响.原位沉积的薄膜电阻率2.59Ωcm,可见光区透过率约70%.500℃纯Ar气氛中退火1h后,ZAO薄膜的平均晶粒有所长大,薄膜内应力达到最小,接近于松弛状态;薄膜可见光区平均透过率从70%提高到80%左右;而薄膜的电阻率变化不明显,从2.59Ωcm降低到1.13Ωcm.     

机械热化学法制备纳米W-Cu复合粉末及其烧结性能研究

WO3和CuO原料粉末经气流粉碎后,在H2气氛中进行共还原,制得了Cu含量为20%(wt%)的纳米W-Cu复合粉末;通过X射线衍射,透射电镜和扫描电镜等方法研究分析所制备W-Cu粉末的烧结行为和烧结体性能.结果表明:气流粉碎可以明显地降低WO3和CuO的粒度;通过对气流粉碎氧化物粉末进行共还原,可获得粒度为50～100nm的W-Cu复合粉末.该粉末烧结活性较高,其成形压坯在1200℃下于H2气氛中烧结后相对密度可达98%以上,且烧结体晶粒细小均匀.其抗弯强度和维氏硬度分别超过1000MPa和300MPa,电导率高于35%IACS.