一、技术领域
本发明涉及一种金属复合材料及其制备方法，具体地说是一种抗高温氧化的w-cr-al复合材料及其制备方法。
二、
背景技术：
受控热核聚变能是人类社会未来的理想能源，被认为是可以有效解决人类未来能源需求的主要出路之一。钨具有高熔点、高热导、对氘和氚的吸附量极小、放射性低、不与h反应、抗溅射能力强等特点，从目前研究来看，钨被认为是最有前景的pfms(plasmafacingmaterials)。但聚变反应堆出现冷却剂失效的事故时，空气将进入真空的反应堆中，pfms将承受1200℃的瞬时温度。在实际应用中，潮湿空气中氧气与水蒸气的协同作用使得钨材料迅速氧化。为了研发自钝化的智能钨合金，国内外研究人员采用了掺杂cr元素对钨的抗氧化性能进行改善。w-cr二元合金形成致密氧化层cr2o3，但长期暴露于高温氧化环境中cr2o3氧化层难以保持稳定，无法维持长期的钝化。因此向w-cr二元合金体系中加入活化元素，提高合金的抗氧化性能。
目前，研究报道掺杂w-cr合金较多的活化元素主要有ti、y、ni元素等。然而采用al元素掺杂w-cr合金未见报道。cr、al掺杂w基合金可以显著提高w合金的抗氧化性能。
三、
技术实现要素：
本发明旨在提供一种抗高温氧化的w-cr-al复合材料及其制备方法，经过烧结制备的抗高温氧化w-cr-al复合材料的抗高温氧化与抗水雾高温氧化性能得到显著提高。
本发明抗高温氧化的w-cr-al复合材料，其掺杂合金元素为cr与al，其中各组分按质量百分比构成为：cr8-16％，al1-4％，余量为w。
本发明抗高温氧化的w-cr-al复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：制粉
将钨粉与cr/al中间相合金粉在400转/分钟的混粉机中搅拌混合2小时，获得w-cr-al复合粉末；搅拌混合过程中，粉料的体积控制在混料罐体积的三分之一。
钨粉的颗粒尺寸为1-10微米，cr/al中间相合金粉的颗粒尺寸为10-20微米。
步骤2：烧结
将w-cr-al复合粉末装入石墨模具，再将石墨模具放入放电等离子烧结炉中，室温下对烧结炉抽真空，依次升温至1200℃保温15分钟、1600℃保温3min，保温结束后降至室温，即得到w-cr-al复合材料。
烧结过程中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
烧结过程中，在升温至1000℃时充入氩气作为保护气进行负压烧结，烧结中控制压强不超过47.3mpa。
本发明的有益效果体现在：
在800-1200℃高温含氧的气氛中，cr与al分别氧化形成cr2o3与al2o3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了w基体抗氧化性能。与传统的机械球磨制备相比，cr/al中间相合金粉末可以有利的抑制cr、al元素活性，防止材料制备时被氧化。烧结再结晶温度以下保温过程中cr与w发生扩散，形成无限置换固溶体，固溶强化提高了硬度，同时提高了w晶粒内部的抗氧化性能。高温氧化过程中，cr与al分别氧化形成cr2o3与al2o3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了w基体抗氧化性能。与目前研究较多的w-cr二元合金相比，掺杂al元素吸附了杂质，稳化cr2o3氧化层。
四、具体实施方式
实施例1：
本实施例中抗高温氧化w-cr-al复合材料，其掺杂合金元素为cr与al，其中各组分按质量百分比构成为：cr8％，al4％，余量为w。
本实施例中抗高温氧化w-cr-al复合材料的制备方法如下：
1、制粉：将钨粉与cr/al中间相合金粉在400转/分钟的混粉机中搅拌混合2小时，获得w-cr-al复合粉末；钨粉的颗粒尺寸为1微米，cr/al中间相合金粉的颗粒尺寸为10微米。
2、烧结：将w-cr-al复合粉末装入石墨模具，再将石墨模具放入放电等离子烧结炉中，室温下对烧结炉抽真空，依次升温至1200℃保温15分钟、1600℃保温3min，在升温至1000℃时充入氩气作为保护气进行负压烧结，烧结中控制压强不超过47.3mpa；保温结束后降至室温，即得到w-cr-al复合材料。
烧结过程中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
在800-1200℃高温含氧的气氛中，cr与al分别氧化形成cr2o3与al2o3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了w基体抗氧化性能。w-cr-al复合材料具有良好的抗高温氧化性能，在800-1200℃高温氧化20小时增重量为纯钨增重量的6％-13％。
实施例2：
本实施例中抗高温氧化w-cr-al复合材料，其掺杂合金元素为cr与al，其中各组分按质量百分比构成为：cr12％，al2％，余量为w。
本实施例中抗高温氧化w-cr-al复合材料的制备方法如下：
1、制粉：将钨粉与cr/al中间相合金粉在400转/分钟的混粉机中搅拌混合2小时，获得w-cr-al复合粉末；钨粉的颗粒尺寸为5微米，cr/al中间相合金粉的颗粒尺寸为15微米。
2、烧结：将w-cr-al复合粉末装入石墨模具，再将石墨模具放入放电等离子烧结炉中，室温下对烧结炉抽真空，依次升温至1200℃保温15分钟、1600℃保温3min，在升温至1000℃时充入氩气作为保护气进行负压烧结，烧结中控制压强不超过47.3mpa；保温结束后降至室温，即得到w-cr-al复合材料。
烧结过程中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
在800-1200℃高温含氧的气氛中，cr与al分别氧化形成cr2o3与al2o3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了w基体抗氧化性能。w-cr-al复合材料具有良好的抗高温氧化性能，在800-1200℃高温氧化20小时增重量为纯钨增重量的6％-13％。
实施例3：
本实施例中抗高温氧化w-cr-al复合材料，其掺杂合金元素为cr与al，其中各组分按质量百分比构成为：cr12％，al4％，余量为w。
本实施例中抗高温氧化w-cr-al复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1、制粉：将钨粉与cr/al中间相合金粉在400转/分钟的混粉机中搅拌混合2小时，获得w-cr-al复合粉末；钨粉的颗粒尺寸为10微米，cr/al中间相合金粉的颗粒尺寸为20微米。
2、烧结：将w-cr-al复合粉末装入石墨模具，再将石墨模具放入放电等离子烧结炉中，室温下对烧结炉抽真空，依次升温至1200℃保温15分钟、1600℃保温3min，在升温至1000℃时充入氩气作为保护气进行负压烧结，烧结中控制压强不超过47.3mpa；保温结束后降至室温，即得到w-cr-al复合材料。
烧结过程中，升温速率为100℃/min，降温速率为100℃/min。
在800-1200℃高温含氧的气氛中，cr与al分别氧化形成cr2o3与al2o3致密的钝化保护层，阻止氧气进一步深入，从而提高了w基体抗氧化性能。w-cr-al复合材料具有良好的抗高温氧化性能，在800-1200℃高温氧化20小时增重量为纯钨增重量的6％-13％。