[发明专利]一种中子吸收材料快速半固态温区成型方法

说明书

本发明涉及一种中子吸收材料快速半固态温区成型方法，属于半固态成型技术领域，适用于颗粒（纳米、微米尺度）增强金属基复合材料的半固态成型用板坯。方法是：采用球磨工艺制备碳化硼和铝合金混合粉末，经过冷等静压得到生坯；在铝合金的固、液两相的半固态温度区间进行热压烧结、热等静压等工艺，获得陶瓷颗粒均匀弥散分布于铝合金基体中的高致密复合材料，再在铝合金基体变形温度区间进行热锻压、热挤压或热轧制处理，随后进行热处理，制得组织均匀的高致密度的铝基碳化硼中子吸收材料。本发明易于加入非金属材料，制备时间短，材料致密度高，显微形貌好，生产成本低。

技术领域

本发明涉及铝基碳化硼中子吸收材料快速半固态成型方法。本发明可用于制备高致密度的颗粒增强金属基复合材料，所制备的复合材料在半固态成型时具有较高的致密度，颗粒弥散均匀分布的显微形貌，最终实现材料快速成型。

背景技术

铝基碳化硼中子吸收材料属于复合材料，这种材料含有中子吸收性能良好的B元素，可应用于核电站反应堆乏燃料贮存材料，吸收热中子，防止临界事故，其优点是耐腐蚀、耐辐照、硼含量高、使用寿命长，能提高乏燃料贮运的经济性和安全性。而限制其进一步广泛应用的瓶颈问题就是材料制备困难，成型方式是关键难点。

通常的制备方法为液态成型技术和固态成型技术，前者通常包括搅拌铸造法、浸渗法、喷射沉积法等，后者包括机械合金化、粉末冶金法等。这些制备方法都有各自的优缺点，液态法制备时Al和B₄C易于发生界面反应，难以控制，生成大量的AlB₂、Al₃BC和Al₄C₃等脆性物相，大量的界面反应会恶化复合材料力学性能。固态法制备过程中，流程较多，成本较高。因此，仍有必要深入研究新的铝基碳化硼材料的制备工艺。

发明内容

本发明提出一种易于加入非金属材料，制备时间短，致密度高，显微形貌佳的中子吸收材料快速半固态成型方法。

本发明的技术方案为：

一种中子吸收材料快速半固态温区成型方法，步骤为：

S1 混合B₄C粉末和铝合金粉末；

S2 将混合均匀的粉体装入软膜中抽真空至真空度优于10^-1Pa；

S3 冷等静压，压力为100~300MPa，得到铝基碳化硼中子吸收材料的压坯；

S4 将压坯放入金属包套中，密封后高温除气，抽真空至真空度优于10^-3Pa；

S5进行热压烧结或热等静压处理，处理温度位于铝合金的固、液两相的半固态温度区间；

S6拆除金属包套；

S7加热至铝合金基体的变形温度区间，进行热锻压、热挤压或热轧制处理，制得高致密度的半固态成型的板材；

S8进行均匀化退火、时效处理。

所述的铝合金是1系铝合金、2系铝合金、3系铝合金、4系铝合金、5系铝合金或6系铝合金。

所述步骤S1中混合B₄C粉末和铝合金粉末时，其中 B₄C含量为8~40%。

所述步骤S1中采用球磨机均匀混合，球磨机转速100 ~450rpm/min。

所述步骤S1中铝合金粒径为1μm~50μm；B₄C粒径为1μm~30μm。

所述步骤S5中热压烧结的压力为50~330MPa、保压时间为5~90min。

所述步骤S5中热等静压的压力为40~200MPa，保压时间为5~90min。