[发明专利]一种用于核燃料贮存运输的中子吸收板的制备方法

权利要求书

1.一种用于核燃料贮存运输的中子吸收板的制备方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为铝合金粉、碳化硼粉、胶体石墨、石墨纸、丙酮、细砂，其准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位

制备方法如下：

(1)加热，除气处理铝合金粉、碳化硼粉

①将铝合金粉置于不锈钢容器内，然后置于电加热炉中，加热温度300℃，进行加热除气，时间60min；

②将碳化硼粉置于不锈钢容器内，然后置于电加热炉中，加热温度400℃，进行加热除气，时间90min；

(2)配料混粉

将加热除气处理的铝合金粉20100g±10g、碳化硼粉9900g±10g加入混料箱中，铝合金粉：碳化硼粉＝67：33，搅拌混合，成混合粉；

(3)冷压制坯料

冷压制坯是在压力机上进行的，是在开合式不锈钢模具中完成的；

在模具底部装入垫块，将石墨纸贴在模具内壁及垫块上；

将混合粉装入开合式模具型腔内，将石墨纸盖住混合粉，并由上压块压住；

将装有混合粉的开合式模具装入压力机上进行施压，施压压强40MPa，施压时间10min，施压后成坯料；

(4)真空热压制坯

真空热压制坯是在真空热压炉内进行的，是在加热、真空、施压状态下完成的；

①将装有坯料的开合式模具移入真空热压炉内的工作台上，并密闭；

②开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强恒定在0.01Pa；

③开启真空热压炉加热器，开始加热，加热温度500℃±5℃，恒温保温30min；

继续加热至600℃±5℃，恒温保温30min；

④开启真空热压炉的压力电机，对模具内的坯料施压，施压时间25min；

⑤停止加热，停止施压，当真空热压炉温度降至200℃时，向炉内充气，使炉内压强回复到1个大气压；

⑥打开真空热压炉，取出开合式模具；

⑦开模，打开开合式模具，取出坯料，并把坯料埋入细砂中，自然冷却至25℃；

(5)热挤压成型板材

板材的热挤压成型是在热挤压机上进行的，是在加热、异形导流槽模具内成型的；

①制备异形导流槽模具

异形导流槽模具用4Cr5MoSiV1热作模具钢制作，成型凹模的模口部设置异形导流槽，模具由挤压凸模、引伸凹模、异形导流凹模，导出凹模组成；

②将异形导流槽模具置于热挤压机上，把坯料置于引伸凹模内，将挤压凸模对准坯料，引入引伸凹模内；

③开启热挤压机加热器，加热模具及坯料，加热温度580℃±5℃，恒温保温时间60min；

④开启挤压机，将挤压凸模引入引伸凹模、异形导流凹模、导出凹模内，挤压压强100MPa，挤压后成矩形板材；

⑤挤压后自然冷却至25℃；

(6)辊轧机轧制

中子吸收板的轧制是在辊轧机上进行的，是在加热、施压过程中完成的；

①退火处理，将矩形板材置于退火炉内，进行退火处理，退火温度450℃，退火时间120min；

②开启辊轧机的上、下轧辊加热器，加热温度250℃，并恒定；

③调整好上、下轧辊的间距，确定轧制量；

④开启上、下轧辊的转动机构，上轧辊的转动方向为逆时针方向转动，下轧辊的转动方向为顺时针方向转动，轧制方向为由左向右轧制，上、下轧辊的转动速度为20r/min；

⑤按矩形板材的变形量，进行三道次轧制，轧制后为中子吸收板；

(7)中温回火处理、消除内应力

将轧制后的中子吸收板置于回火炉内，进行中温回火，回火温度450℃，回火时间120min，回火后随炉自然冷却至25℃；

(8)整理校平

将回火后的中子吸收板置于钢质平板上、由机械修整板材周边，并校平；

(9)表面喷丸处理

将整理校平的中子吸收板置于喷丸机内的平面工作台上，用陶瓷珠进行表面喷丸处理，陶瓷珠直径8mm；

中子吸收板的喷丸处理，正、反面分别进行，单面喷丸时间10min，喷丸后为终产物：核防护中子吸收板；

(10)清理、清洁

将喷丸处理的核防护中子吸收板用丙酮清洗、清洁，使表面洁净；

(11)检测、分析表征

对制备的核防护中子吸收板的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能、核防护性能进行检测、分析、表征；

用扫描电镜进行显微组织分析；

用X射线衍射仪进行物相分析；

结论：核防护中子吸收板为银白色矩形板状，表面有喷丸痕迹，金相组织致密性好，碳化硼在铝基体内分布均匀，结合紧密，洛氏硬度达50HRB，抗拉强度强度达280MPa，屈服强度达240MPa，断后增长率为2％，冲击韧性达15J/cm²，密度达2.636g·cm^-3，致密度为99.9％，局部密度差≤0.01％，中子吸收率为90％，是十分理想的核防护中子吸收板的制备方法。