[发明专利]一种氧化物弥散强化钢核燃料包壳管的制备方法

说明书

本发明公开一种氧化物弥散强化钢核燃料包壳管的制备方法，涉及核反应堆材料制备技术领域。本发明所述方法采用铝合金圆柱形管作为基底心轴，对其进行喷砂粗糙处理和清洁处理；称取原料经团聚烧结得到混合粉末；将混合粉末送入喷涂设备的送粉器内，利用喷涂技术铝合金圆柱形管表面进行喷涂；将喷涂沉积物表面从320目碳化硅砂纸开始逐渐研磨，最后用1500目碳化硅砂纸磨抛；去除所有铝合金圆柱形管，并留下独立的氧化物弥散强化钢圆形管；进行后续热处理得到氧化物弥散强化钢核燃料包壳管。本发明所述方法可克服目前用于制造氧化物弥散强化钢核燃料包壳管的多个挤压和退火步骤的缺点，并提供制造核燃料包壳管的高效率、低成本、性能优异的有效方法。

技术领域

本发明涉及核反应堆材料制备技术领域，具体涉及到一种氧化物弥散强化钢核燃料包壳管的制备方法。

背景技术

核反应堆的堆芯结构部件，如核燃料包壳，在高温(550～900℃)和高辐射场(10～150dpa的损伤水平)的极端环境中运行。因此，用于核燃料包壳的结构材料在高剂量中子辐照下具有非常好的结构稳定性和在高温下具有良好的蠕变断裂强度是必要的。核燃料包壳材料的早期发展集中在BCC铁素体/马氏体钢上，因为它们的抗辐射膨胀能力高达200dpa及更高的中子剂量。然而，这些材料在高于约500℃的温度下通常没有表现出足够的蠕变断裂强度。在这方面，氧化物弥散强化钢受到了相当大的关注，因为它们提供了高温蠕变断裂强度和抗辐射损伤的良好结合。氧化物弥散强化钢由铁素体基体组成，基体中均匀分散有氧化钇/氧化钛纳米颗粒或纳米团簇，可有效抑制材料高温下的位错运动。氧化物弥散强化钢在中子照射下也表现出良好的耐辐射损伤性。

目前氧化物弥散强化钢核燃料包壳管的生产是通过多步挤压工艺进行的这种传统的制造方法生产尺寸精确的包壳管，同时在铁素体基体中均匀分散氧化物纳米团簇。然而，这些多步骤、低应变率的工艺使得管的制造昂贵且耗时。这种传统制造方法的另一个后果是，包壳管会形成各向异性的晶粒，因此各向异性的晶粒会降低氧化物弥散强化钢本身优异的机械性能。

发明内容

本发明要解决的问题是：传统制造方法的多步骤、低应变率等工艺使得核燃料包壳管的制造昂贵且耗时，以及可能具有各向异性的机械性能等缺点。

本发明创新性地利用喷涂方式制备氧化物弥散强化钢核燃料包壳管，该工艺可消除前面概述的现有制备方法中使用的大量挤压和退火步骤。

本发明的目的在于提供一种高效率、低成本、性能优异的氧化物弥散强化钢核燃料包壳管的制备方法，首先，使用喷涂工艺将混合粉末沉积到旋转的铝合金圆柱形管上，厚度略超过预期的核燃料包壳管壁厚；抛光沉积物的表面，随后通过在碱性溶液中溶解来去除铝合金圆柱形管；然后将独立的氧化物弥散强化钢圆形管进行热处理，以达到退火和致密化沉积物的目的。

本发明所述一种氧化物弥散强化钢核燃料包壳管的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)采用铝合金圆柱形管作为基底心轴。

(2)将待喷涂铝合金圆柱形管表面进行喷砂粗糙处理和清洁处理。

(3)根据待制备材料的配比称取原料，经团聚烧结而制成的混合粉末，选取粒度范围为250～350目的混合粉末。

(4)将步骤(3)中得到的混合粉末送入喷涂设备的送粉器内，利用喷涂技术在步骤(2)的预处理铝合金圆柱形管表面进行喷涂。

(5)将步骤(4)中得到的喷涂沉积物表面从320目碳化硅砂纸开始逐渐研磨，最后用1500目碳化硅砂纸磨抛。

(6)将步骤(5)中得到的喷涂产品，完全去除所有铝合金圆柱形管，并留下独立的氧化物弥散强化钢圆形管。

(7)将步骤(6)中得到的独立的氧化物弥散强化钢圆形管在充有氩气的石英管中，进行后续热处理，所得到的材料为氧化物弥散强化钢核燃料包壳管。