[发明专利]一种U-Mo-Zr合金的制备方法

说明书

本发明公开了一种U‑Mo‑Zr合金的制备方法，包括如下步骤：石墨坩埚一次合金化、石墨筛板漏锭和陶瓷坩埚二次合金化。本发明通过石墨坩埚一次合金化先制备出二元合金的初级锭，在石墨筛板中漏锭获得夹杂物较少的二元合金锭，再采用陶瓷坩埚二次合金化制备三元合金，最终获得所需的铀钼锆合金。本发明中，采用增加石墨筛板进行一次合金化、陶瓷坩埚二次合金化等优化工艺路线，并合理控制工艺参数，使得合金元素的溶解扩散更加充分。同时，通过漏锭进一步控制夹杂物，采用陶瓷坩埚熔炼进行二次合金化，大大改善合金纯净度，提高合金均匀性。另外，本发明采用三道工序即可获得优质铀钼锆合金，制备工艺周期短。

技术领域

本发明涉及合金制备领域，尤其是金属熔炼和成型领域，具体为一种U-Mo-Zr合金的制备方法。

背景技术

将少量锆或钼加入铀中，能制备出有良好尺寸稳定性的细晶粒合金，而铀锆或铀钼合金在核反应堆领域具有非常重要的应用价值。然而，合金元素熔点高，其密度与铀的密度差异较大，在熔炼过程中很难保证锆或钼的充分溶解，使合金成分的均匀性受到严重制约。另外，在熔炼过程中，锆或钼元素易与碳、氮等元素作用，生成碳氮夹杂物，而夹杂物聚集则是引起合金产生成分偏析的原因之一。

为了进一步提高铀钼或铀锆合金的性能，主要是抗辐照性能，添加第三合金元素构成基于铀钼或铀锆系的三元合金成为一种较优选择，添加少量的第三合金元素能使γ相更稳定。铀钼锆三元合金作为一种具有重要应用前景合金，国内外已有学者进行了相关研究，但大量的文献均没有对详细的制备工艺进行介绍。

由于铀和合金元素之间的物理属性差异较大，成分偏析及夹杂控制一直是铀钼锆三元合金制备的难点，且一般情况下，钼或者锆无法快速的熔化分布到铀中。针对铀钼锆三元合金制备的难点，国内外通常采用真空感应熔炼和电弧熔炼等方法，以获得均质的铀合金，但存在工艺复杂的特点，需要进行多次重复熔炼，不仅工艺周期长，同时增加了料损和杂质升高的风险。

为此，迫切需要一种新的方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前采用真空感应熔炼或电弧熔炼等方法制备铀钼锆三元合金，需要进行多次重复熔炼，不仅工艺周期长，同时增加了料损和杂质升高的风险的问题，提供一种U-Mo-Zr合金的制备方法。本发明通过石墨坩埚一次合金化先制备出二元合金的初级锭，在石墨筛板中漏锭获得夹杂物较少的二元合金锭，再采用陶瓷坩埚二次合金化制备三元合金，最终获得所需的铀钼锆合金。本发明中，采用增加石墨筛板进行一次合金化、陶瓷坩埚二次合金化等优化工艺路线，并合理控制工艺参数，使得合金元素的溶解扩散更加充分。同时，通过漏锭进一步控制夹杂物，采用陶瓷坩埚熔炼进行二次合金化，大大改善合金纯净度，提高合金均匀性。另外，本发明采用三道工序即可获得优质铀钼锆合金，制备工艺周期短。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种U-Mo-Zr合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）石墨坩埚一次合金化

按照待制备铀钼锆合金的配比分别称取铀、钼、锆，将称取的铀金属、钼原料装入真空感应熔炼炉中的石墨坩埚内，合炉抽真空后送电熔炼，待料完全熔化后保温，保温结束后，停电并随炉冷却至室温，出炉后去除石墨坩埚，得到铀钼一次合金锭；其中，将称取的铀金属、钼原料装入真空感应熔炼炉中的石墨坩埚内时，先将钼原料放入石墨坩埚内，再将石墨筛板、铀金属置于钼原料上方，所述钼原料位于石墨筛板下方；

（2）石墨筛板漏锭

将铀钼一次合金锭放入真空感应熔炼炉中的石墨筛板上，在石墨筛板下方设置漏锭模具，在真空条件下开启电源，使石墨筛板上的铀钼一次合金锭逐渐熔化，金属液顺着石墨筛板上的筛孔流入下方的漏锭模具中凝固成型，待铀钼一次合金锭全部熔化后，关闭电源，随炉冷却至室温，出炉后去除模具，得到铀钼合金漏锭；

（3）陶瓷坩埚二次合金化