粉末冶金Mo-Re合金微观组织及高温拉伸性能

采用粉末冶金结合高温压力加工制备了Mo-14Re和Mo-42Re合金棒材,观察与测试了Mo-Re合金的微观组织、相组成、室温及高温拉伸性能,并结合断口形貌分析了合金断裂机制。结果表明,经高温压力加工后,Mo-Re合金晶粒由等轴状转变为拉长的纤维状,相对密度达99.6%以上。Re固溶于Mo中,使Mo-Re合金晶格常数从Mo-14Re的3.1384?减小到Mo-42Re的3.1304?,导致晶格畸变程度增大。当Re质量分数从14%增加到42%,Mo-Re合金的室温及高温强度得到大幅提升。随测试温度升高,合金强度下降,Mo-14Re断后伸长率有所下降,而Mo-42Re断后伸长率呈上升趋势。Mo-14Re室温断口呈木纹状撕裂型断裂,1100~1300℃断口呈韧窝状,在1500℃时塑性变形主要由晶界滑移产生。Mo-42Re室温断口为穿晶断裂,1100~1500℃断口为完全的韧窝状,塑性变形由韧窝产生的非均匀变形提供。

沉积参数对Mo-Re合金基体上沉积金刚石薄膜的影响

采用热丝化学气相沉积法(HFCVD),以甲烷和氢气为反应气体,在综合性能良好的Mo-40%Re(摩尔分数)合金基体上沉积金刚石薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和显微激光拉曼光谱仪(Raman)分别对金刚石薄膜相组成、表面形貌、晶粒大小和质量等进行检测分析,研究CVD沉积参数,如基体温度(θs)、碳源浓度(R,CH4的体积分数)和沉积压强(p),对金刚石形核、生长和金刚石成膜的影响。结果表明:在合适的基体预处理条件下,当θs=750℃,R=3%,p=3.5 kPa时,薄膜平均线生长速率高达1μm/h,得到的金刚石膜完整致密,晶粒大小均匀,纯度较高,具有明显的(111)织构。

Mo-Re合金薄膜的辐照效应研究

使用离子注入技术,将200 keV氤离子注入到Mo-Re合金薄膜中,实现对薄膜的表面选区辐照改性.该薄膜的合金成分用X射线荧光光谱(XRF)测出.利用白光干涉表面形貌仪,测量了辐照区的溅射刻蚀深度和表面粗糙度,评价了合金成分对薄膜辐照行为的影响.结果表明:适量Re的加入能够显著提高合金薄膜的抗溅射能力.

Mo-Re合金的研究进展

总结了Mo-Re合金的研究进展。Re在Mo的添加发挥了“铼效应”,能够起到提高合金强度,改善合金塑性和焊接性,降低韧脆转变温度的作用。Mo-Re合金,特别是Mo14Re具有良好的力学和加工性能,优良的抗中子辐照损伤能力,与核燃料和碱金属冷却剂均有良好的相容性,是空间核反应堆的首选堆芯结构材料。Mo-47.5Re具有很高的强度和塑性以及良好的生物相容性,是新一代生物医用植入材料。

退火温度对轧制Mo-Re合金管材显微组织及力学性能的影响

针对薄壁钼管加工中由于大塑性变形而固有的严重各向异性问题,采用不同退火温度(900、1050、1200℃)来调控Mo-Re合金薄壁管的微观组织和力学性能。结果表明,Mo-Re合金棒料中存在大量<101>//TD的织构,呈现出明显的各向异性。锻造后经过1050℃×1 h退火的Mo-Re合金坯料,可以有效实现薄壁钼管在各向异性和强韧性方面的同步改善,其室温拉伸强度达到838 MPa,1300℃高温拉伸强度达到198 MPa,且平均硬度为230.5 HV0.3。经过1050℃×1 h退火制备的Mo-Re合金薄壁管具有优良的强韧性,这主要与退火处理后Mo-Re合金棒料的晶粒尺寸分布有关。1050℃退火后Mo-Re合金棒料的平均晶粒尺寸为23.1μm,较1200℃退火后Mo-Re合金棒料的更小,具有更高的强塑性;其晶粒尺寸集中度较900℃退火后Mo-Re合金棒料的更高,塑性变形过程中的变形协调性更好。

Mo-Re合金研究进展

“Re效应”使得Mo的理化、热电、力学、加工焊接性能得到全面改善。Mo-Re合金由于具有良好的综合性能,被广泛应用于先进核能、航空航天、电子工业、生物医用等领域。尤其是优异的抗辐照性能、与核燃料及碱金属冷却剂的相容性、中子特性等核物理性能,使其成为核反应堆堆芯结构材料的首选。本文从晶体结构、组织性能、制备加工及应用4个方面系统综述了Mo-Re合金的研究现状,并对其发展前景进行了展望。

Mo-Re和W-Re二元体系的热力学和相图优化

应用CALPHAD方法和Thermo-Calc软件,对Mo-Re和W-Re二元系进行了热力学优化,得到了与试验数据及第一性原理计算结果吻合较好的结果。由于Mo-Re和W-Re体系较为相似,同时进行优化,尤其是对Re端际的补充熵进行了统一,建立了更为合理的Mo-Re和W-Re相图。

Mo-RE二元合金相图的热力学数据库

利用CALPHAD方法,选择和建立合理的热力学模型,并结合相平衡及热力学性质的相关信息,对Mo-RE(RE:Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Tb,Ho,Er,Tm,Yb,Lu)各二元系相图进行了热力学优化与计算。其中,液相和端际固溶体相的Gibbs自由能采用亚正规溶体模型描述,气相的Gibbs自由能采用理想气体模型描述。计算结果与实验数据取得了良好的一致性,最终得到了一组自洽的合理描述Mo-RE二元系各相自由能的热力学参数,建立了Mo-RE二元合金相图的热力学数据库。该热力学数据库可以提供相平衡及热力学性质等多种信息,为外推计算三元以及更多组元体系的相平衡提供理论基础,并为相关体系的合金设计及制备提供重要的理论指导。

电子束焊接钼铼合金组织和性能研究

钼铼(Mo-Re)合金是空间核电源中反应堆芯结构最佳候选材料之一。为了研究不同铼含量的钼铼合金的组织和焊接性能,以Mo5Re,Mo14Re和Mo42Re(%,质量分数)3种合金管材为原料,采用电子束焊接方法进行焊接。利用光学显微镜(OM)、ZQJ-3200氦质谱检漏仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、维氏硬度仪和拉伸设备等检测手段对焊接接头的性能进行研究。采用Image-Pro Plus分析软件统计焊缝处的气孔率,并深入分析了焊接熔池区域处气孔的产生机制。研究结果表明:采用电子束焊接钼铼合金管材的焊缝呈“钉子”形状。与母材相比,3种钼铼合金熔池区域晶粒尺寸明显长大,熔池边缘及内部存在少数气孔,Image-Pro Plus分析软件统计出Mo5Re,Mo14Re和Mo42Re合金焊缝处气孔率分别为0.8%,1.2%和0.3%。Mo5Re焊接接头处存在Mo相,Mo14Re焊接接头处存在Mo相和Mo_(3)Re_(2)相,Mo42Re焊接接头处存在Mo_(3)Re_(2)相。3种钼铼合金焊接接头焊缝区和热影响区处维氏硬度值均低于母材,Mo5Re,Mo14Re和Mo42Re合金焊缝区维氏硬度比其各自母材分别低22.7%,28.2%和14.8%。Mo42Re合金母材区维氏硬度为HV 360.6,焊缝中心区为HV 307.1。拉伸测试结果表明,Mo5Re合金焊缝处室温抗拉强度为221 MPa,1500 K时高温抗拉强度仅为85 MPa。Mo14Re合金焊缝处室温和高温抗拉强度高于Mo5Re合金。Mo42Re合金焊缝处室温抗拉强度和高温抗拉强度分别为母材的49.2%和45.8%。3种钼铼合金材料焊接性能相比,Mo42Re合金焊接接头性能最佳。