一種增強(qiáng)型鎂合金基中子吸收板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)型鎂合金基中子吸收板的制備方法，屬有色金屬合金制備及 應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是一種有色輕金屬合金，具有良好的消震性、可切削性、耐沖擊性，被廣泛 應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電子工業(yè)、醫(yī)療器械、航空航天工業(yè)領(lǐng)域；鎂合金在核工業(yè)領(lǐng)域也得到了 應(yīng)用，鎂的熱中子吸收界面小，只有鋁的1/4,鎂合金具有良好的耐熱、耐表面熱流和耐γ 射線輻射性能，對(duì)CO2的相容性極限溫度可達(dá)到500°C，英國(guó)已將鎂合金作為天然鈾燃料的 包殼材料在CO 2氣體冷卻的反應(yīng)堆中使用。
[0003] 為了提高鎂合金的結(jié)構(gòu)性和功能性，常在鎂合金中加入陶瓷顆粒來(lái)改善鎂合金的 性能，例如在鎂合金中加入微米級(jí)和納米級(jí)的SiC p、Al203和Ca5 (PO4) 3 (OH)，以提高鎂合金的 強(qiáng)度、耐磨損性能及生物相容性；而B(niǎo)4C是一種新型陶瓷材料，是良好的中子吸收體，B 4C中B 的同位素 kiB熱中子吸收截面為3840b，天然B的等效熱中子吸收截面為764b，天然B中kiB 的自然豐度為19. 9,且吸收中子后不會(huì)產(chǎn)生放射性同位素，二次射線能量低，可以滿足大部 分核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用；目前，B4C/A1、B/Fe-Al復(fù)合材料已作為中子屏蔽材料在核電領(lǐng)域中 應(yīng)用，因此，將B 4C和B按比例混合加入到鎂合金中，可以制備不同防護(hù)強(qiáng)度的鎂合金基中 子吸收板材，用于核電乏燃料的干式貯存及運(yùn)輸裝置的屏蔽材料領(lǐng)域。
[0004] 采用在電場(chǎng)輔助下真空熱壓制坯、加熱擠壓、加熱軋制制備鎂合金基中子吸收板 材，B4C和B可以均勻的分布在鎂合金基體當(dāng)中，可避免顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，在電場(chǎng)輔助真空熱 壓環(huán)境下，可以有效的防止基體合金的氧化，凈化顆粒表面，提高界面結(jié)合強(qiáng)度；坯料經(jīng)過(guò) 加熱擠壓以后可以提高材料的致密度，材料內(nèi)部顆粒重新排列，減少材料內(nèi)部的顆粒團(tuán)聚、 氣孔和裂紋缺陷，提高材料的力學(xué)性能，減少中子吸收材料在軋制過(guò)程中的邊裂現(xiàn)象；乳制 可以進(jìn)一步的減少材料內(nèi)部缺陷，獲得不同尺寸的中子吸收材料板材，以滿足核電不同防 護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，但制備方法還存在諸多弊端，還有待進(jìn)一步研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的
[0006] 本發(fā)明的目的是針對(duì)【背景技術(shù)】的情況，以鎂粉、錯(cuò)合金粉、碳化硼粉、硼粉為原料， 采用在電場(chǎng)輔助下真空熱壓制坯，通過(guò)擠壓機(jī)在擠壓模具內(nèi)擠壓成板坯，通過(guò)軋機(jī)將板坯 軋制成增強(qiáng)型鎂合金基中子吸收板，以大幅度提高鎂合金基中子吸收板的強(qiáng)度和韌性。
[0007] 技術(shù)方案
[0008] 本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為：鎂粉、鋁合金粉、碳化硼粉、硼粉、無(wú)水乙醇、氫氟 酸、去離子水、石墨紙、石墨乳、砂紙，其組合準(zhǔn)備用量如下：以克、毫升、毫米為計(jì)量單位
[0009] 鎂粉：Mg 250g±0.01g 鋁合金粉：6061 100g ±0.0 Ig 碳化硼粉：B4C 125g±0.01g 硼粉：B 25g±0.01g 無(wú)水乙醇：C2H5OH 500mL±5mL 氫氟酸：HF濃度40% 500mL 土 5mL 石墨紙：C 800mm X Imm X 800mm TT： C 300mL±5mL 上離 了水：H，0 2000mL ± 20mL 砂紙：400 β 300mm X 0.5mm X 200mm
[0010] 制備方法如下：
[0011] ⑴制備圓筒形模具
[0012] 圓筒形模具用H13模具鋼制作，模具型腔尺寸為Φ100_Χ240_，型腔表面粗糙 度 Ra0.0 8-0. 16 μ m ;
[0013] (2)預(yù)處理碳化硼粉
[0014] ①將碳化硼粉放入氫氟酸溶液中浸泡IOh ;
[0015] ②用去離子水清洗碳化硼粉，使清洗液至中性；
[0016] ③將碳化硼粉置于干燥箱中在100°C烘干2h ;
[0017] ④將碳化硼粉置于石英容器中，在電阻爐內(nèi)煅燒，煅燒溫度420°C，煅燒時(shí)間Ih ;
[0018] (3)預(yù)處理硼粉
[0019] 將硼粉置于石英容器中，然后置于真空加熱爐中干燥，干燥溫度100°C，真空度 < 2Pa，干燥時(shí)間30min ;
[0020] (4)配料
[0021] 配料在真空手套箱內(nèi)進(jìn)行，稱取鎂粉250g±0.0 lg、鋁合金粉100g±0.0 lg、碳化 硼粉125g±0.0 lg、硼粉25g±0.0 lg，置于球磨罐中，成混合粉，密封球磨罐；
[0022] (5)球磨混料
[0023] 將裝有混合粉的球磨罐置于球磨機(jī)上球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速200rpm，球磨時(shí)間lh，球 磨后成混合細(xì)粉；
[0024] 混合細(xì)粉的質(zhì)量比為鎂粉：鋁合金粉：碳化硼粉：硼粉=10:4:5:1 ;
[0025] (6)裝料
[0026] 打開(kāi)圓筒形模具，在模具型腔內(nèi)底部放置下墊塊，在下墊塊上部放置石墨紙，在石 墨紙上部放置混合細(xì)粉，在混合細(xì)粉上部放置石墨紙，在石墨紙上部放置上壓塊；
[0027] (7)冷壓
[0028] 將裝有混合細(xì)粉的圓筒形模具移入壓力機(jī)上，進(jìn)行冷壓壓實(shí)，施壓壓力為lOOMPa， 施壓時(shí)間為5min，冷壓后成還料；
[0029] (8)電場(chǎng)作用下，鎂合金基中子吸收板坯料的真空熱壓
[0030] 鎂合金基中子吸收板坯料的熱壓是在真空熱壓爐內(nèi)進(jìn)行的，是在真空環(huán)境下，脈 沖電流加熱、電阻絲加熱、施壓過(guò)程中完成的；
[0031] ①冷壓后的圓筒形模具移入真空熱壓爐內(nèi)，調(diào)整模具位置，使模具與壓頭對(duì)中，對(duì) 圓筒形模具施壓，固定，并密封；
[0032] ②開(kāi)啟真空泵，抽取爐內(nèi)空氣，使?fàn)t內(nèi)壓強(qiáng)彡IPa ;
[0033] ③開(kāi)啟脈沖電流加熱器、電阻加熱器，使?fàn)t內(nèi)溫度升至350°C ±2°C，并恒定；
[0034] 開(kāi)啟液壓油缸，并施壓，施壓壓力為60MPa，保溫施壓時(shí)間30min ;
[0035] ④繼續(xù)加熱，加熱溫度升至500°C ±2°C，并恒定；
[0036] 液壓油缸繼續(xù)施壓，施壓壓力為lOOMPa，保溫施壓時(shí)間40min ;
[0037] ⑤關(guān)閉真空熱壓爐的脈沖電流加熱器、電阻加熱器，關(guān)閉真空泵，圓筒形模具及坯 料隨爐冷卻至25°C ;
[0038] ⑥開(kāi)爐、開(kāi)模
[0039] 打開(kāi)真空熱壓爐，取出圓筒形模具；
[0040] 打開(kāi)圓筒形模具，取出坯料；
[0041] (9)鎂合金基中子吸收板的擠壓成型
[0042] 鎂合金基中子吸收板的擠壓成型是在立式擠壓機(jī)上進(jìn)行的，是在加熱、加壓、異形 導(dǎo)流凹模作用下完成的；
[0043] ①在凹模型腔內(nèi)壁涂刷石墨乳，將坯料置于異形凹模上部，并引入凹模型腔內(nèi)，擠 壓凸模置于坯料上部；
[0044] ②開(kāi)啟擠壓機(jī)加熱器，加熱異形凹模及坯料，加熱溫度350°C ±2°C，保溫30min ;
[0045] ③開(kāi)啟立式擠壓機(jī)，擠壓凸模施壓，坯料進(jìn)入異形凹模，成型為板材；
[0046] ④板材成型后在自然空氣中冷卻至25°C ;
[0047] (10)鎂合金基中子吸收板的軋制
[0048] 鎂合金基中子吸收板的軋制是在輥軋機(jī)上進(jìn)行的，是在加熱、乳制過(guò)程中完成 的；
[0049] ①將板材置于加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度300°C ±2°C，恒溫保溫30min ;
[0050] ②將加熱后的板材置于輥軋機(jī)的上軋輥和下軋輥之間，并調(diào)整固定板材位置；
[0051] ③開(kāi)啟輥軋機(jī)，使上軋輥、下軋輥運(yùn)動(dòng)，上軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，下軋輥轉(zhuǎn) 動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，上乳棍的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為l〇r/min，下乳棍的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為10r/min ;
[0052] 軋制方向?yàn)橛勺笙蛴臆堉疲?br>[0053] 軋制道次為3道次；
[0054] 軋制后為增強(qiáng)型鎂合金基中子吸收板；
[0055] (11)打磨、砂光處理
[0056] 將制備的鎂合金基中子吸收板置于鋼質(zhì)平板上，用砂紙打磨周邊及正反表面，使 其潔凈；
[0057] (12)清洗，用無(wú)水乙醇清洗鎂合金基中子吸收板表面，使其潔凈；
[0058] (13)檢測(cè)、分析、表征
[0059] 對(duì)制備的增強(qiáng)型鎂合金基中子吸收板的形貌、色澤、化學(xué)物理性能、力學(xué)性能、中 子吸收性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表征；
[0060] 用阿基米德排水法進(jìn)行材料致密度測(cè)試；
[0061 ] 用顯微硬度儀進(jìn)行硬度性能分析；
[0062] 用金相顯微儀進(jìn)行微觀組織分析；
[0063] 用中子測(cè)試儀進(jìn)行中子吸收性能測(cè)試；
[0064] 結(jié)論：鎂合金基中子吸收板為銀白色，