新材料及其应用

本发明涉及合金材料技术领域，具体公开一种锆基复合材料及其制备方法。所述锆基复合材料以金属锆为基体，以TiN颗粒为增强相，通过轧制与热处理结合的方法将所述增强相加入所述基体中得到；所述增强相在所述锆基复合材料中的质量含量为2‑10％。本发明提供的锆基复合材料不仅具有原料来源广泛、制备方法简单、成本低的优势，还具有较高的屈服强度、抗拉强度、延伸率、抗辐射和低密度等优良的力学和理化性能，完全满足核用锆合金的使用要求。

目前，出现了利用加入增强颗粒的方法来提高合金的力学性能，而在合金中加入增强颗粒的常用方法为熔炼法和粉末冶金法，但基于金属锆的特殊理化性质，利用传统的方法在金属锆中加入增强颗粒常会出现两相不能完全固溶的情况，且加入的增强颗粒不可避免的会出现偏析现象，使形成的复合材料的力学性能提升空间较小甚至会出现力学性能恶化的情况，不能满足核用锆合金的性能要求。同时采用传统的加入增强颗粒的方法操作复杂、对金属原料的纯度等要求较高，极大的增加了金属基复合材料的制作成本。

本发明提供的锆基复合材料的制备方法中，将TiN颗粒均匀铺洒于堆叠的金属锆板之间，在特定的轧制温度下，进行轧制，并控制轧制的变形量和Zr板的数量，可以有效细化基体中的晶粒，使Zr板材发生一定程度的塑性变形，TiN颗粒以特定的形态分布在基体中且分布更加均匀，避免基体在较大的轧制压力下产生开裂。同时，轧制完成后再在600‑850℃的温度下退火，可以去除Zr板变形过程中的残余应力，避免因TiN颗粒的加入而产生的偏聚和应力开裂，显著提升锆基复合材料的力学强度和使用寿命，有效规避了传统制备方法如熔炼、粉末冶金法等所造成的增强相偏析现象，能够通过增强颗粒理想化的强化提升复合材料的力学性能。解决了传统制备颗粒增强金属基复合材料的方法中制备工艺繁杂、技术难度大和成本高的问题。