[发明专利]高强度铅合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及本发明属于核屏蔽设施所用的屏蔽铅合金材料及其制备方法，特别是强度高、质量轻的屏蔽材料制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步，核能应用领域日趋扩大，对屏蔽材料的要求也愈来愈高，如抗多种射线的综合式屏蔽材料；具有质量轻、强度高、体积小、可组合焊接的结构型多功能屏蔽材料。

但是，在现有的屏蔽材料中，混凝土重量重，可移动性差，且成分复杂。

铅对γ射线的吸收和散射最为强烈，能屏蔽掉一次和二次γ射线，铅也不会成为第二次放射源。同时，铅具有高的耐蚀性，能抵抗空气的氧化和酸的腐蚀，熔点低(327.4℃)，在高温(260℃以上)下发生蠕变，熔化浇注容易。但铅的理论再结晶温度低于常温，铅在常温下发生变形的同时亦产生回复与再结晶。传统的强化技术如固溶强化、加工应变强化对铅及其合金不适用，不可能使其达到普碳钢的强度。

铅硼聚乙烯虽然具有一定的屏蔽中子与射线的综合效果。但聚乙烯属于高分子物质，熔点仅为130℃，因而导致该复合材料的力学强度和耐热性都很差，其抗拉强度通常只有10MPa左右，布氏硬度也仅为3～4HBS，严重制约了其应用；硼钢是中子的吸收材料，但硼的添加对合金的延展性与冲击抗力有着不利的影响；B₄C/Pb复合材料是将Pb-Sb合金与B₄C直接热压复合而成，虽可作为吸收中子、遮挡γ射线的材料，但强度和塑性较低，其抗拉强度为48.2MPa，布氏硬度为22.13HBS，难以制备出大尺寸的复合材料；B₄C/Al复合材料可作为热中子的吸收材料，但不能遮挡γ射线，影响其屏蔽效果，且存在B₄C均匀化以及它与铝基体的界面结合问题。因此，开发多功能、轻质、高强的抗辐射屏蔽材料，提高屏蔽材料的力学性能和耐热性能，不仅是核工业领域的重要研究方向，同时也是推动核工业发展，建立节能、清洁、高效的社会经济的标志。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高强铅合金及其制备方法，使铅合金的比强度更高、刚性更大、加工生产更便宜、制造成本更低。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：由金属铅与能与其进行原位反应的第二组元金属反应所生成的金属间化合物组成，金属间化合物的化学键为金属键与共价键的混合键结合，且第二组元金属熔点高于铅。第二组元金属采用Ba、Ca、Li、Mg、Pd、Pt及Dy、La、Y、Gd稀土元素，且第二组元金属所占重量百分比为20％～40％，其余为铅金属。第二组元金属采用Ba、Ca、Li、Mg、Pd、Pt及Dy、La、Y、Gd稀土元素中的一种或多种。在所述金属间化合物中还添加了占总重5％～10％的Al或1％～5％的B元素。

本发明上述的高强度低熔点合金的制备工艺为：

先将第二组元金属熔化，再加入金属铅，在搅拌下进行原位反应，使金属铅与第二组元金属生成以金属键与共价键的混合键结合的金属间化合物。

所述的第二组元金属采用Ba、Ca、Li、Mg、Pd、Pt及Dy、La、Y、Gd稀土元素，且第二组元金属所占重量百分比为20％～40％，其余为铅金属，二种金属搅拌的速度为60转/分～120转/分，搅拌时间1min～2min。

在上述进行原位反应的过程中，金属铅与第二组元金属在搅拌下原位反应完成后，静置1.5min～2min，并采用底部浇铸的方法进行浇铸。

为了改善本高强度低熔点合金的塑性，在搅拌生成的金属间化合物中加入了占总重5％～10％的Al或1％～5％的B元素，并对浇铸件进行热挤压处理。