微合金化连接结构的制作方法

本实用新型涉及钼合金连接技术领域，尤其涉及一种适用于钼合金的微合金化连接结构。

背景技术：

日本福岛核事故发生以后，核电安全再次成为国际民众普遍关注的焦点，而如何进一步提高核电安全性特别是提高核反应堆抵抗超设计基准核事故的安全阈值也成为核能可持续发展的重要议题。事故容错核燃料(Accident Tolerant Fuels，ATF)这一全新核安全技术概念正是在这一背景下诞生的，并逐渐成为世界核电工业最重要的研究课题之一，其目的是对现有锆合金/二氧化铀燃料体系进行改进升级甚至全面更新替换以实现降低包壳与高温水蒸气的反应焓热和氢气生成量、提升包壳在事故超高温下的结构完整性以及增强包壳对裂变气体的束缚能力等。

ODS钼合金由于具有高熔点、优异的高温强度与塑性以及出色的抗高温蠕变等性能而成为ATF研究的重要候选包壳材料之一。但是，ODS钼合金焊接脆化特性是制约该材料作为ATF包壳应用的技术障碍。钼及其合金的大量焊接试验表明，该材料的焊缝接头强度和韧性较低，晶界结合弱，断口多呈现沿晶脆性断裂。钼及其合金的这种焊接脆性主要归因于焊接过程中氧、氮等有害杂质元素偏析于晶界造成界面结合力下降。因此克服ODS钼合金焊接脆化这一缺点的关键在于消除有害元素的影响尽可能提高晶界结合强度，如何消除氧、氮的有害影响是提高钼合金焊接性能的关键突破口之一，也是目前需要解决的关键问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种克服了传统钼合金焊接脆性及强度低的微合金化连接结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种微合金化连接结构，包括相配合连接的第一连接件和第二连接件，含有锆粉、碳粉、碳粉和钼粉的微合金化粉末涂层；所述微合金化粉末涂层设置在所述第一连接件和第二连接件的相接处，并与第一连接件和第二连接件的基体发生原子扩散形成冶金结合。

优选地，所述微合金化粉末涂层的厚度为1-50μm。

优选地，所述第一连接件的与所述第二连接件配合连接的连接表面界定出第一待焊区，所述第二连接件的与所述第一连接件配合连接的连接表面界定出第二待焊区，所述微合金化粉末涂层以熔焊方式固定连接在所述第一待焊区和第二待焊区之间。

优选地，所述第一连接件和第二连接件均为钼合金件。

优选地，所述第一连接件为包壳管体，所述第二连接件为端塞。

优选地，所述端塞的端部配合在所述包壳管体的管口内，所述微合金化粉末涂层设置在所述端部和管口之间。

优选地，所述端塞的端部外周设有环形台阶，所述包壳管体的端部配合在所述环形台阶上，所述微合金化粉末涂层设置在所述环形台阶和包壳管体的端部之间。

本实用新型的有益效果：本实用新型中通过微合金化粉末涂层的设置，与基体发生原子扩散形成冶金结合，利用微合金化元素与晶界处偏析的有害氧、氮等杂质元素的高度亲和性来改善焊区晶界结合力，形成高焊缝强度的焊接接头；焊缝接头的抗拉强度达到钼基体强度的90％以上，克服了传统钼合金焊接脆性及强度低的致命弱点。

本实用新型适用于事故容错核燃料包壳备选材料—氧化物弥散强化钼合金(ODS-Mo)管材与端塞的连接，极大地提高了ODS-Mo合金在核燃料元件中的使用，使核反应堆在严重事故工况下维持核燃料组件结构与功能完整性的抗事故能力，同时也广泛适用于其他Mo基合金的焊接。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型中微合金化连接结构一个实施例的剖面结构示意图；

图2是图1中A部分的放大结构剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的微合金化连接结构，包括相配合连接的第一连接件10和第二连接件20、设置在第一连接件10和第二连接件20相接处的微合金化粉末涂层30；微合金化粉末涂层30与第一连接件10和第二连接件20的基体发生原子扩散形成冶金结合。

其中，微合金化粉末涂层30包括以下质量百分比的组分：锆粉0.1-2wt％、碳粉0.01-0.5wt％以及钛粉0.1-2wt％，其余为钼粉。

微合金化粉末涂层30还可包括以下质量百分比的组分：硼0.1-1wt％。此外，涂层中的钛粉也可以替换为硼。

微合金化粉末涂层30的厚度为1-50μm。

本实用新型的微合金化连接结构中，第一连接件10和第二连接件20均为钼合金件。

如图1所示，在本实施例中，第一连接件10为包壳管体，第二连接件20为端塞。

在一种实施方式中，端塞的端部配合到包壳管体的管口内，微合金化粉末涂层30设置在两者相接的位置处，即端部和管口之间。

在另一个实施方式中，如图2所示，作为第一连接件10的端塞的端部外周设有环形台阶11，作为第二连接件20的包壳管体的端部配合在环形台阶11上，微合金化粉末涂层30设置在环形台阶11和包壳管体的端部之间。

本实用新型的微合金化连接结构的制成方法，包括以下步骤：

S1、配制微合金化粉末。

所述的微合金，其中Mo作为主要原料，通过添加少量的Zr和Ti等其他的金属元素，形成的钼合金。

S2、将微合金化粉末采用等离子喷涂技术喷涂在待焊接的第一连接件10和/或第二连接件20的待焊区表面，形成微合金化粉末涂层30。

第一连接件10的待焊区为第一待焊区，位于第一连接件10上的与第二连接件20配合连接的连接表面上；第二连接件20的待焊区为第二待焊区，位于第二连接件20上的与第一连接件10配合连接的连接表面上。

S3、在真空环境下，以熔焊方式将第一连接件10和第二连接件20进行连接，微合金化粉末涂层30与第一连接件10和第二连接件20的基体发生原子扩散形成冶金结合，从而固定连接在第一待焊区和第二待焊区之间。

其中，利用微合金化元素与晶界处偏析的有害氧、氮等杂质元素的高度亲和性来改善焊区晶界结合力，形成高焊缝强度的焊接接头；微合金化粉末涂层的设置不会显著降低焊缝的熔点。焊缝接头的抗拉强度达到钼基体强度的90％以上，克服了传统钼合金焊接脆性及强度低的致命弱点。

熔焊方式包括有电子束焊等。

以下通过具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

按照Mo-0.5Zr-0.06C-0.2Ti-0.5B(wt％配制合金粉末后用球磨罐将粉末混合均匀)，利用等离子喷涂技术在ODS-Mo合金端塞待焊区制备约2μm厚的均匀微合金化粉末涂层，再利用电子束焊在真空环境下进行管材/端塞连接，焊缝抗拉强度达到母材的约90％，断口主要呈现穿晶解理断裂，表明焊缝处晶界结合强度得到了显著提高。

实施例2

按照Mo-0.3Zr-0.03C-0.5Ti-0.2B(wt.％配制合金粉末后用球磨罐将粉末混合均匀)，利用等离子喷涂技术在ODS-Mo合金端塞待焊区制备约5μm厚的均匀微合金化粉末涂层，再利用激光焊在真空环境下进行管材/端塞连接，焊缝抗拉强度达到母材的约85％，断口主要呈现穿晶解理断裂，这表明焊缝处晶界结合强度得到了明显提高。

实施例3

按照Mo-1Zr-0.03C-1Ti-0.8B(wt.％配制合金粉末后用球磨罐将粉末混合均匀)，利用等离子喷涂技术在ODS-Mo合金端塞待焊区制备约5μm厚的均匀微合金化粉末涂层，再利用激光焊在真空环境下进行管材/端塞连接，焊缝抗拉强度达到母材的约95％，断口主要呈现穿晶解理断裂，这表明焊缝处晶界结合强度得到了明显提高。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。