第7期 屈丹丹等：超高压力下通电烧结制备钨铁功能梯度材料 ·855 层硬度都远远高于未通电烧结的样品.这说明虽然 有限，但是可以使材料的显微维氏硬度得到显著提 在超高压力下样品就可以获得较高的密度（图2）， 高，这是由于电流的通入使颗粒自身电阻发热，在颗 通电烧结对密度的提升并无明显作用（对Fe而 粒边缘部位达到瞬时高温，在压力作用下颗粒发生 言)，或者说提升幅度有限（对W而言），但是样品 焊合，从而使颗粒之间由机械结合转变为怡金结合 的显微硬度在通电前后发生了明显的变化.可见， 电流的通入使样品颗粒之间的结合发生了从机械结 参考文献 合向治金结合的转变，从而维氏硬度有大幅度的 [Dux R,Bobkov V,Fedorezak N,et al.Tungsten erosion at the 提高. ICRH limiters in ASDEX Upgrade.J Nucl Mater,2007,363- 为了对比超高压力下通电烧结的方法与超高压 365:112 力压制后普通烧结方法对样品致密性的影响，将 2]Zhou ZJ.Du J,Song S S,et al.Microstructural characterization of W/Cu functionally graded materials produced by a one-step re- 9GPa超高压力成型的W50Fe50试样于1100℃下进 sistance sintering method.J Alloys Compd,2007,428:146 行真空烧结.烧结后W50Fe50硬度为HV245.1. [3]Chehtov T,Aktaa J,Kraft O.Mechanical characterization and 对比图5(a)中W50Fe50层硬度可知，真空烧结所 modeling of brazed EUROFER-ungsten-joints.J Nucl Mater, 获得的样品显微维氏硬度远远低于超高压力下通电 2007,367370:1228 烧结所获得样品的显微维氏硬度，这是由于真空烧 4]Hirose T,Shiba K,Ando M,et al.Joining technologies of re- 结的温度远没有达到钨的致密化所需要的温度. duced activation ferritic/martensitic steel for blanket fabrication. Fusion Eng Des,2006,81(17)645 3结论 5]Zhong Z H,Hinoki T,Kohyama A.Effect of holding time on the microstructure and strength of tungsten/ferritic steel joints diffusion (1)采用超高压力下通电烧结技术对制备W/ bonded with a nickel interlayer.Mater Sci Eng A,2009,518 (1/ Fe FGM进行了研究.对于纯Fe和W-Fe合金而 2):167 言，当压力大于5GPa时，压力的进一步提高对材料 [ Greuner H,Bolt H,Boswirth B,et al.Vacuum plasma-prayed 的致密化无明显影响.对于纯W而言，压力越大， tungsten on EUROFER and 316L:results of characterisation and 密度越大.在9GPa、通电功率11kW、通电时间60s thermal loading tests.Fusion Eng Des,2005,7579:333 ] Kalin B A,Fedotov V T,Sevrjukov O N,et al.Development of 的条件下，纯Fe、W-Fe合金和纯W均可获得大于 brazing foils to join monocrystalline tungsten alloys with ODS-EU- 98%的相对密度. ROFER steel.J Nucl Mater,2007,367-370:1218 (2)样品的SEM显微形貌照片显示超高压力下 [8]Zhong Z H,Hinoki T,Nozawa T,et al.Microstructure and me- 通电烧结所得W/Fe FGM样品各层成分分布明显 chanical properties of diffusion bonded joints between tungsten and 呈梯度分布，并且各层之间过渡良好.通电烧结的 F82H steel using a titanium interlayer.J Alloys Compd,2010,489 试样明显比未通电烧结的试样孔洞少，未通电烧结 (2):545 9]Du J,Zhou Z J,Song S X,et al.Fabrication of Mo-Cu alloys by 的试样中富钨区明显可见钨颗粒的颗粒边界，而通 resistance sintering under ultra-high pressure.JUni Sci Technol 电烧结之后，钨颗粒之间实现了良好的治金结合 Beijing,2007,29(10):1010 (3)由于超高压力下样品己经获得了较高的密 (都娟，周张健，宋书香，等.超高压力下通电烧结制备钼铜合 度，电流的通入虽然使W-Fe合金密度的增加幅度 金.北京科技大学学报，2007,29(10)：1010)第 7 期 屈丹丹等: 超高压力下通电烧结制备钨铁功能梯度材料 层硬度都远远高于未通电烧结的样品． 这说明虽然 在超高压力下样品就可以获得较高的密度( 图 2) ， 通电烧结对密度的提升并无明显作用( 对 Fe 而 言) ，或者说提升幅度有限( 对 W 而言) ，但是样品 的显微硬度在通电前后发生了明显的变化． 可见， 电流的通入使样品颗粒之间的结合发生了从机械结 合向冶金结合的转变，从而维氏硬度有大幅度的 提高． 为了对比超高压力下通电烧结的方法与超高压 力压制后普通烧结方法对样品致密性的影响，将 9 GPa超高压力成型的 W50Fe50 试样于1100 ℃下进 行真空烧结． 烧结后 W50Fe50 硬度为 HV 245. 1． 对比图 5( a) 中 W50Fe50 层硬度可知，真空烧结所 获得的样品显微维氏硬度远远低于超高压力下通电 烧结所获得样品的显微维氏硬度，这是由于真空烧 结的温度远没有达到钨的致密化所需要的温度． 3 结论 ( 1) 采用超高压力下通电烧结技术对制备 W/ Fe FGM 进行了研究． 对于纯 Fe 和 W--Fe 合金而 言，当压力大于 5 GPa 时，压力的进一步提高对材料 的致密化无明显影响． 对于纯 W 而言，压力越大， 密度越大． 在 9 GPa、通电功率 11 kW、通电时间 60 s 的条件下，纯 Fe、W--Fe 合金和纯 W 均可获得大于 98% 的相对密度． ( 2) 样品的 SEM 显微形貌照片显示超高压力下 通电烧结所得 W/Fe FGM 样品各层成分分布明显 呈梯度分布，并且各层之间过渡良好． 通电烧结的 试样明显比未通电烧结的试样孔洞少，未通电烧结 的试样中富钨区明显可见钨颗粒的颗粒边界，而通 电烧结之后，钨颗粒之间实现了良好的冶金结合． ( 3) 由于超高压力下样品已经获得了较高的密 度，电流的通入虽然使 W--Fe 合金密度的增加幅度 有限，但是可以使材料的显微维氏硬度得到显著提 高，这是由于电流的通入使颗粒自身电阻发热，在颗 粒边缘部位达到瞬时高温，在压力作用下颗粒发生 焊合，从而使颗粒之间由机械结合转变为冶金结合． 参 考 文 献 ［1］ Dux R，Bobkov V，Fedorczak N，et al． Tungsten erosion at the ICRH limiters in ASDEX Upgrade． J Nucl Mater，2007，363- 365: 112 ［2］ Zhou Z J，Du J，Song S S，et al． Microstructural characterization of W/Cu functionally graded materials produced by a one-step re￾sistance sintering method． J Alloys Compd，2007，428: 146 ［3］ Chehtov T，Aktaa J，Kraft O． Mechanical characterization and modeling of brazed EUROFER-tungsten-joints． J Nucl Mater， 2007，367-370: 1228 ［4］ Hirose T，Shiba K，Ando M，et al． Joining technologies of re￾duced activation ferritic /martensitic steel for blanket fabrication． Fusion Eng Des，2006，81( 1-7) : 645 ［5］ Zhong Z H，Hinoki T，Kohyama A． Effect of holding time on the microstructure and strength of tungsten /ferritic steel joints diffusion bonded with a nickel interlayer． Mater Sci Eng A，2009，518( 1 / 2) : 167 ［6］ Greuner H，Bolt H，Bswirth B，et al． Vacuum plasma-sprayed tungsten on EUROFER and 316L: results of characterisation and thermal loading tests． Fusion Eng Des，2005，75-79: 333 ［7］ Kalin B A，Fedotov V T，Sevrjukov O N，et al． Development of brazing foils to join monocrystalline tungsten alloys with ODS-EU￾ROFER steel． J Nucl Mater，2007，367-370: 1218 ［8］ Zhong Z H，Hinoki T，Nozawa T，et al． Microstructure and me￾chanical properties of diffusion bonded joints between tungsten and F82H steel using a titanium interlayer． J Alloys Compd，2010，489 ( 2) : 545 ［9］ Du J，Zhou Z J，Song S X，et al． Fabrication of Mo-Cu alloys by resistance sintering under ultra-high pressure． J Univ Sci Technol Beijing，2007，29( 10) : 1010 ( 都娟，周张健，宋书香，等． 超高压力下通电烧结制备钼铜合 金． 北京科技大学学报，2007，29( 10) : 1010) ·855·