[发明专利]一种铝基碳化硼复合材料的熔铸制备方法

说明书

本发明公开了一种铝基碳化硼复合材料的熔铸制备方法，通过本发明的方法制备的铝基碳化硼复合材料碳化硼分布均匀，无团聚，板面平整无杂质，板材组织结构致密，没有明显的凹坑、裂纹、缩孔等铸造缺陷。制备方法的工艺、设备简单，成本低廉，适合大规模工业化生产，是制备铝基碳化硼复合材料具发展前景的方法。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体为一种适用于中子吸收材料的铝基碳化硼复合材料板坯的熔铸制备方法。

背景技术

铝基碳化硼复合材料是由碳化硼均匀弥散在铝合金基体中复合而成，是乏燃料处理过程中的重要材料。具有耐辐射、强度高、密度低和优异的中子吸收性能等诸多优点，在核电机组卸出的乏燃料处理、核电乏燃料干式贮存桶和运输容器，以及核医疗设施、核探测设备等中子屏蔽方面的应用非常广泛。

溶体浸渗法、粉末冶金法和熔铸法是目前铝基碳化硼复合材料制备的主要方法，其中搅拌铸造法具有成本低、产量高、可靠性高等诸多优点，适于工业化大规模生产。常用的熔铸法制造铝基碳化硼板材的流程如下：铝锭熔炼——搅拌复合——铸造——切边、铣面——加热——分料——轧制；其中，熔炼铸造是决定铝基碳化硼中子吸收板材成型和性能的关键因素。

我国核能的商业利用起步较晚，中子吸收材料的市场长期被国外占据，而目前国内大多尚处于实验室研制阶段。中国专利CN201210155440.5公开了一种粉末冶金法制备高密度中子吸收材料，该方法是将碳化硼和铝合金混合粉末装在铝合金盒中，真空烧结后轧制，形成外包铝合金壳体的碳化硼铝金属基复合材料。该方法工艺过程复杂，且所制备的复合材料中碳化硼不能均匀弥散在铝合金基体中，外层壳体中碳化硼含量极少。

中国专利CN201310627244.8公开了一种B₄C/Al复合材料及其制备方法，该方法是配制铝合金熔体并精炼除渣，将处理后的碳化硼粉体用铝箔包好，投入铝合金熔体内，将铝合金熔体降温至半固态温度区间，施加搅拌后升温，将熔体压入模具内。该方法具有以下几点缺陷：①加入碳化硼粉体采用整体包装投入后搅拌的方式，且搅拌前铝合金熔体呈半固态状，流动性较差，碳化硼粉体容易在铝合金熔体中团聚、粘结；②纯铝在炉中加热熔化前未进行处理，铝锭表面的油污容易导致制备的B₄C/Al复合材料含有杂质，影响最终产品质量；③在浇铸前没有对模具进行预热，突然升温容易造成模具表面龟裂，甚至开裂，且模具表面吸附的水易产生氢气，造成板坯表面形成气孔等缺陷；浇铸前没使用脱模剂，容易粘模，影响产品质量。

为此，却有必要提供一种铝基碳化硼复合材料的熔铸制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种铝基碳化硼复合材料的熔铸制备方法，以解决现有工艺过程复杂，碳化硼粉末均匀分布不均的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种铝基碳化硼复合材料的熔铸制备方法，其包括以下步骤：

①按照预定的化学配比，称取定量粒度10μm-50μm的碳化硼粉末预热处理；

②切割铝锭和铝钛中间合金，清洗去除表面油污杂质，吹干后按配比称量；

③将步骤②中获得的铝锭和铝钛中间合金高温熔炼得铝合金熔体，充氩气扒渣；

④对铝合金熔体施加机械搅拌或电磁搅拌，将步骤①获得的碳化硼粉末分散加入铝合金熔体中；

⑤在模具内部均匀喷涂脱模剂，将加粉后的熔体升温至700℃-760℃，持续搅拌一段时间后浇铸入模具内；

⑥随炉冷却25min-50min后通入外部气氛将模具冷却至250℃以下，打开模具取出坯板。

优选地，在步骤①中，碳化硼粉末的预热处理为：在大气氛围中以360℃-450℃加热1.5h-3h后，置于真空干燥箱内以100℃-200℃保存，通氩气以惰性气体保护。