[发明专利]具有射线及中子综合屏蔽效果的铝基材料

说明书

技术领域

本发明属于具有X、γ射线以及中子综合屏蔽效果的铝基屏蔽材料及其制备方法，特别是轻质量、多种屏蔽效果的屏蔽材料及制备方法。

背景技术

随着地球温室效应的日趋严重，作为干净清洁能源的核能其应用愈来愈受到重视。由于核反应堆会释放大量堆人体有害的射线和中子辐射，应此需要采用屏蔽材料对核反应堆进行屏蔽，因此具有多种射线和中子综合屏蔽材料的开发一直是核安全领域的重要课题。

现有的X、γ射线和中子综合屏蔽材料主要有铅硼聚乙烯、B₄C/Pb复合材料、B₄C/Al复合材料以及含硼不锈钢。在铅硼聚乙烯复合材料中，由于聚乙烯属于高分子材料，软化温度为130℃，导致铅硼聚乙烯复合材料的力学强度和耐热性差，其抗拉强度为10MPa左右，布氏硬度仅为3～4，严重制约了其应用；B₄C/Pb复合材料是将Pb-X(X＝Sb、Sn、Ag、Au、Cr等)合金与B₄C增强体通过粉末冶金或熔铸成型法复合而成，可作为吸收中子、遮挡X、γ射线的材料，但强度和塑性较低，其抗拉强度为48.2MPa，布氏硬度为22.13，导致其不能单独作为结构材料使用，而且难以制备出大尺寸的复合材料；B₄C/Al复合材料由于以B₄C陶瓷为承载体，此类复合材料塑性较差，且存在B₄C均匀化以及它与铝基体的界面结合等问题，又由于Pb的缺失，对射线的屏蔽效果也存在缺陷；含硼不锈钢对γ射线及中子的屏蔽性能比铁优越，但由于硼含量偏低，中子吸收效果不理想，不得不增加含硼不锈钢的厚度，导致屏蔽系统总重增加，而提高硼含量对含硼不锈钢合金的延展性和冲击抗力有不利影响，限制了含硼不锈钢用作乏燃料储存和运输设备的结构材料，此外，不锈钢中的铬，镍，锰等元素，受中子辐照后活化，反应堆停堆后须限制人员接近。

尽管有各种射线和中子综合屏蔽材料，但都离不开硼与铅两基本元素。硼具有优越的屏蔽中子的特性。铅对X、β、γ射线的吸收和散射最为强烈，既能屏蔽掉一次和二次γ射线，也不会成为第二次放射源。二者结合是最理想的核辐射屏蔽材料。而铝合金具有轻量化、刚性较高、振动吸收性良好、电磁波绝缘性佳、散热性良好、耐蚀性佳等优点。因此，通过镁、铝等元素的加入，将硼或硼化物与铅复合，利用铝合金的优异特点，开发出具有多重屏蔽效果、质量轻等特点的X、γ射线和中子综合屏蔽材料，提高屏蔽材料的力学性能和屏蔽性能，不仅是核安全领域的重要研究课题，同时也是推广核能应用的重要保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有射线及中子综合屏蔽效果的铝基材料及其制备方法，可使屏蔽材料的力学与屏蔽性能更高、加工生产更方便、制造成本更低廉。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：屏蔽材料由AlMgPb铝基合金与硼或硼化物组成。

所述屏蔽材料的组分质量百分比为：硼或硼化物0.3％～10％，其余为铝基合金。

所述AlMgPb铝基合金中各组分的质量百分比为Mg 15％～30％、Pb 15％～35％，余量为铝。

本发明上述的具有射线及中子综合屏蔽效果的铝基材料的制备工艺为：先制备出AlMgPb铝基合金，最后添加硼或硼化物，使各个组元充分反应，以获得组织细密，结合良好的具有射线及中子综合屏蔽效果的铝基屏蔽材料。制备过程中，应保证各组元充分反应。

由于硼、铅两元素的物理和化学性质存在巨大差异，硼-铅属难混溶合金体系，很难将硼或硼化物均匀分布于铅中。首先将铅与镁、铝复合制备出AlMgPb铝基合金，再添加硼或硼化物，利用Al基合金作为高强、高耐蚀的金属承载体以及Mg与铅和硼或硼化物的互容性，实现铅、硼的均质化，获得AlMgPb-硼或硼化物铝基射线/中子屏蔽材料。