[发明专利]连续铸轧制备B4C/Al中子吸收材料板材的方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，更具体地说，本发明涉及一种连续铸轧制备B₄C/Al中子吸收材料板材的方法。 

背景技术

在核能技术领域中，核燃料在反应堆内经过一定的工作时间后会成为乏燃料，乏燃料卸出后仍具有很强的辐射，需要合理贮存。作为贮存乏燃料用中子吸收材料的高含量B₄C/Al复合材料板材已被商业应用，其中，B₄C颗粒的质量含量、在基体中是否弥散分布、与基体是否形成结合良好的界面，以及基体的微观组织，是B₄C/Al复合材料的性能是否理想的关键。 

目前，B₄C/Al中子吸收材料制备方法主要有粉末冶金法、熔体浸渗法和搅拌铸造法，其中，搅拌铸造法具有生产效率高、工艺流程简单和适合大规模生产等优点，被认为是最有前景的B₄C/Al中子吸收材料的生产方法。 

普通的搅拌铸造法制备B₄C/Al复合材料的方法为：铝锭熔炼→搅拌复合→铸造→锯切、铣面→加热→开坯→热轧的间断式生产流程，生产率和自动化程度低。由于铸造过程中冷速较慢，制备的B₄C/Al板材中B₄C颗粒分布均匀性不理想，会对B₄C/Al复合材料的中子吸收性能及后续力学性能产生不良影响。 

在进行大批量生产时，传统铸坯制备方法中合金凝固速率慢，因此组织偏析等缺陷难以避免。特别是加入高质量含量B₄C颗粒的铝基体熔体的粘性大、流动性差，铸造时容易出现补缩不及时，导致铸锭出现缩孔、缩松等缺陷。此外，B₄C颗粒作为异质核心，与铝基体之间的润湿性差，在凝固过程中，还会因为凝固前沿对B₄C颗粒的排挤作用而出现分布不均匀。 

双辊连续铸轧是集快速凝固与热轧变形于一体的成型过程，双辊连续铸轧过程中，铸轧辊起“结晶器”和“热轧辊”的双重作用。由于铸轧时液态金属凝固速 率非常快(可达103-104℃/S），使得复合材料中增强体分布均匀，缺陷明显减少，在提高材料强度的同时，保证材料具有一定的韧性和变形能力，对高B₄C质量含量的复合材料尤其重要。 

加拿大Alcan公司的X.Grant Chen等在《DEVELOPMENT OF AL-30%B4C METAL MATRIX COMPOSITES FOR MEUTRON ABSORBER MATERIAL》中记载，在实验室阶段采用搅拌复合法，后续采用挤压或热轧工序制备出B₄C质量含量为30%的B₄C/Al复合材料板材。但是，在凝固过程中，B₄C颗粒在中心区域有聚集的趋势。虽然经过挤压或热轧会使B₄C颗粒分布均匀性有所提高，但是，B₄C/Al复合材料的硬度非常高，特别是高B₄C质量含量的B₄C/Al复合材料，变形加工性能很差，用冷轧制备板材非常困难。现有的方式是对铸锭进行重复的热轧，成本显著增加。 

国内上海交通大学的聂存珠在其博士论文《B₄C颗粒增强Al基复合材料的制备及焊接性能研究》中利用搅拌复合法制备出B₄C体积含量为10%的B₄C/Al复合材料，但由于界面反应严重，致使其力学性能不高，而且B₄C体积含量也偏低。日本学者T.Haga等的文章《Roll casting of Al-SiCp strip》中记载，搅拌复合后，利用双辊连续铸轧技术对SiCp体积含量分别为20%、30%的复合材料直接轧制，可制备厚度分别为2.0mm与1.7mm的薄板材，其颗粒分布均匀性高于普通铸造的均匀性，且可以进行后续冷、热轧制。但是，结果表明，经过连续铸轧的板材中依然存在颗粒分布不均匀的问题。 

有鉴于此，确有必要提供一种可实现B₄C颗粒在Al基体中均匀分布的连续铸轧制备B₄C/Al中子吸收材料板材的方法。 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种连续铸轧制备B₄C/Al中子吸收材料板材的方法，其可实现B₄C颗粒在Al基体中的均匀分布。