钨钢功能梯度材料

在未来聚变装置的偏滤器部位，需要将难熔金属钨和结构材料钢连接在一起。由于钨和钢的热膨胀系数相差巨大，常规的焊接方法获得的钨和钢的接头具有较大的残余应力及工作压力，会导致变形、开裂等损伤。

制备钨钢功能梯度材料是解决这一问题的重要途径。但是钨与钢铁熔点相差巨大，且钨和钢铁在高温下会发生反应，通常的方法很难一步获得性能良好、低成本的钨钢铁偏滤器。所以，有学者提出的超高压力下通电烧结方法可以制备相对密度达98﹪以上、力学性能优良的钨钢FGM，并且烧结时间短，烧结过程一步完成，降低成本的同时大大提高了效率。这种工艺具体包括以下步骤：

a、原料的准备：选择粒度1～10 微米的钨粉，钢粉/铁粉的粒度为45～150 微米。将上述钨粉和钢粉铁粉按照设计的体积分数混和均匀；

b、生坯的成型：将上述混合好的粉末进行叠层模压成型，成型压力为50¬300 MPa；

c、烧结：将上述成型后的生坯置于一叶腊石模具中，放入压机中，施加1‑10GPa的压力，压力是双向加压或六面加压；然后两端施加2‑6 kW的交流电，通电电流为1000A‑3000A，烧结时间为15秒‑100秒，继续保压30 ‑180秒；烧结体经研磨抛光，相对密度为98‑99.9%，可得与设计组分相一致钨‑钢功能梯度材料。

上述工艺能够一次性地将物理性能相差较大的两种材料如钨-钢（铁）制成FGM，耗时少，成本低。通过冷压成型，在尽量排除坯体中的残余气体的同时，可以很好的控制各层厚度，使其与设计组分相一致。制备得到的FGM有较好的力学性能和抗热冲击性，适于热沉积材料及耐高温等离子体冲刷部件，如核聚变装置中的偏滤器材料等。

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