[发明专利]B4C/Al复合材料耐蚀膜层及中子吸收材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种B₄C/Al复合材料耐蚀膜层的制备方法，以及一种使用该B₄C/Al复合材料耐蚀膜层制备方法的中子吸收材料的制备方法。

背景技术

反应堆内核燃料在核反应堆中“燃烧”不允许像化石燃料一样一次烧尽，使用后具有一定的放射性、毒性和存在发生核临界的危险，会危及人类的健康生存和环境。我国核能现在装机容量不足10000MW，预计到2020年，我国核电能将达到40000MW，世界各国都制定了积极的核电发展规划，“第三代”核电站取得重大进展，有的已投入商运或即将立项，乏燃料贮存量将会越来越大。为了降低环境保护代价和贮存成本，乏燃料贮存必将朝密集化、长期化方向发展。

国际先进的乏燃料贮存系统主要采用BORAL^TM和METAMIC^TM等铝基复合物来作为中子吸收材料，将其作为贮存格架材料能有效控制乏燃料贮存过程中的反应。B₄C/Al复合材料可以采用搅拌铸造的方法，通过研磨、精炼除渣、机械和电磁搅拌、热压轧制成型几个步骤制备得到。

B₄C/Al复合材料中B₄C的质量百分含量为20％～40％，B₄C即¹⁰B的含量决定了材料的热中子吸收性能，其中B₄C颗粒分布均匀、弥散，组织致密，没有明显的气孔等铸造缺陷，材料的机械力学性能十分优异。但是，与此同时，B₄C颗粒增强铝基复合材料中增强相的引入，使复合材料的腐蚀行为复杂化，其腐蚀行为要比基体合金复杂得多，这将限制该材料在腐蚀条件苛刻的环境中的应用。非晶结构的膜具有各向同性、表面无晶界的特点，故在腐蚀性介质中不易形成腐蚀微电池，降低发生电化学腐蚀可能性，具有较好的耐蚀性。在B₄C/Al复合材料的表面制备非晶氧化铝复合膜层有望提高该材料的抗腐蚀性。

有关B₄C/Al复合材料表面耐蚀性膜层制备工艺的报道极少，其工艺手段是在材料表面制备氧化铝膜，然后对其进行封孔处理。一种已知的B₄C/Al复合材料的表面处理方法包括：将复合材料机械抛光并在丙酮中超声清洗，再依次碱洗和超声清洗、酸洗和超声清洗，然后在硫酸溶液中阳极氧化，最后在沸水中作封孔处理。但是，上述制备方法存在以下问题：1、采用单一硫酸电解液，反应过程中溶液升温快，过高的溶液温度往往导致氧化膜质量下降，影响膜层的耐蚀性。若安装冷却装置，所需成本会大大增加。因此需要探索出更合适的阳极氧化电解液或者找出能扩宽阳极氧化温度的添加剂。2、铝基复合材料在阳极氧化过程中形成不均匀膜，甚至在不导电的第二相颗粒上成膜困难，而且B₄C/Al界面处的成膜情况并不清楚。王希等【王希，原位合成TiB₂-6351Al复合材料阳极氧化的研究，材料保护，2007，40(10):61～63】提出了由于复合材料增强颗粒的阻碍作用，得到均匀膜层的条件苛刻，Al和TiB₂颗粒上形成的膜层厚度不一样，进而使得整体的成膜厚度有限，导致复合材料上形成的氧化膜耐蚀性降低。导致膜层厚度不均的原因是TiB₂的导电性不如Al。以此类推，在B₄C/Al复合材料中，增强相B₄C颗粒不具有导电性，使B₄C颗粒增强的复合材料阳极氧化成膜更困难，比一般铝合金和有一定导电性的TiB₂等颗粒增强的复合材料更难氧化成膜，使其实际应用受到限制。3、采用沸水封孔，封孔温度较高，封孔速度低，能耗高，氧化膜的封孔质量低，所得到的B₄C/Al复合材料抗腐蚀能力不强，因此阳极氧化后的封闭工艺有待优化。

发明内容

本发明的主要目的在于针对以上现有技术的不足，提供一种B₄C/Al复合材料耐蚀膜层的制备方法，在复合材料表面制备非晶氧化铝膜，大大提高氧化膜封孔速度，改善封孔质量。

进一步地，本发明的目的还在于在不降低氧化膜质量的前提下，减少阳极氧化过程中反应热效应的影响。

本发明还提供一种采用该B₄C/Al复合材料耐蚀膜层的制备方法的中子吸收材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种B₄C/Al复合材料耐蚀膜层的制备方法，包括以下步骤：