[发明专利]一种核屏蔽用富镝镍钨合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核屏蔽用富镝镍钨基合金材料及其制备方法，属于核能特种合金材料技术领域。根据镍、铬、钨、镝合金化原理，在镍基奥氏体合金真空感应熔炼过程中，加入合适比例的镍、铬、钨、镝可制备得到高镝和高钨含量耐腐蚀性能优良的镍钨合金材料，该材料主要由奥氏体和沿奥氏体晶界分布的(Ni,Cr,W)₅Dy金属间化合物组成。本发明富镝镍钨合金材料具有强度高、耐腐蚀和加工成型性优良的优点，可作为中子和光子协同屏蔽功能结构一体化材料使用。

技术领域

本发明属于核能特种合金材料技术领域，具体涉及一种核屏蔽用富镝镍钨合金材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源的需求逐渐增加，传统的化石能源面临着枯竭。核能是一种能量密度高、洁净、低碳的能源，是保障国家能源安全、促进节能减排的重要手段，大力发展核能已成为能源中长期发展规划的战略重点。在核反应堆堆芯，当易裂变同位素的浓度降到无法维持既定功率时，堆芯中的燃料变成乏燃料后需要卸出。随着大部分的乏燃料因为工作年限到期被核电站卸出，堆贮存水池容量日近饱和，因此乏燃料的去向处理问题成为了全球的难题。核反应堆卸出的乏燃料具有极强的放射性，伴有一定的中子和光子释放，并伴随放出热量。乏燃料组件从反应堆卸出后，一般在乏燃料水池贮存一定时间后外运至离堆贮存设施贮存，或直接运往后处理厂处理、处置。通常每台百万千瓦级核电机组每年可卸出25吨乏燃料。

另一方面，随着可移动小型核反应堆的发展，“减重减容”需求对于屏蔽材料提出了更高的轻量化和高效化的要求，而中子和光子的“协同屏蔽”和屏蔽材料的“结构/功能一体化”是“减重减容”需求的重要发展方向。目前广泛使用的中子屏蔽材料是硼钢，近年已能连铸生产质量分数为0.6％B和1.0％B 的奥氏体不锈钢，其强度高、耐蚀性优良、吸收中子能力良好。但是，硼在不锈钢中的溶解度低，过量的硼加入会析出硼化物(Fe,Cr)₂B，导致热延性大大降低，难以热加工更高硼含量的硼钢。且B₄C/Al中子吸收材料存在工艺复杂、 B₄C与Al严重的界面反应、耐腐蚀以及老化等问题。含硼聚乙烯、铅硼聚乙烯等高分子中子吸收材料存在耐腐蚀、耐高温以及老化等问题。其次B₄C/Al 材料和高分子中子吸收材料等在外层需要不锈钢板支撑才能作为结构材料使用，这大大限制了这些中子吸收材料的运用和发展。此外，目前对中子和光子的屏蔽一般都是分开制造再结合使用，如在中子屏蔽材料后加上铅板或者其他高原子序数、高密度材料来屏蔽光子以达到中子和光子协同屏蔽的效果，但这对于优化空间布局和“减重减容”需求是十分不利的。

此外，对于“减重减容”需求，屏蔽材料除了具有优异的中子和光子协同屏蔽功能，还需要优异的力学性能、耐高温等以满足作为结构材料的要求。因此急需开发一种生产工艺简单、易加工的新型的中子和光子协同屏蔽结构功能一体化材料。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种核屏蔽用富镝镍钨合金材料及其制备方法。本发明制备的核屏蔽用富镝镍钨合金材料的相容性好，强度高、塑韧性好、抗腐蚀、耐辐照，生产工艺简单，易加工，可作为结构/功能一体化材料用作反应堆乏燃料的贮运和小型移动核反应堆的辐射屏蔽等，具有优异的热加工性能。

为达到上述目的，本发明创造采用如下发明构思：

核辐射屏蔽材料的主要作用是吸收或减弱中子和光子。对于中子，由于经过压力壳和密封仓后，大部分中子已被慢化为热中子或超热中子，此类中子需要热中子吸收截面较大的材料进行有效吸收而不至于溢出，对于光子，需要高密度材料或者高原子序数元素以达到屏蔽效果。