[发明专利]一种铀基非晶合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是非晶材料制备领域，具体为一种铀基非晶合金的制备方法。

背景技术

铀基非晶合金是一类特殊的非晶材料，具有优异的抗腐蚀性能，因而有望在军事领域中得到重要应用。

由于铀元素具有放射性和化学毒性，且非晶合金的制备通常需要极快的冷却速率，因而关于铀基非晶合金制备的报道较少。自Bleiberg等1958年在期刊《Transactions of the American Institute of Mining and Metallurgical Engineers》第212卷中，报道获得U₃Si非晶合金以来，铀基非晶合金的制备方法发展缓慢。

目前，铀基非晶合金的制备方法仅有如下三种。第一种为辐照方法，然而该方法效率较低、需要强放射源、危险性较高，且它获得的非晶材料内部含有大量缺陷。第二种方法为物理气相沉积技术，该方法仅能用于制备非晶薄膜材料，且不利于精确控制合金成分，因而应用范围有限。第三种方法为甩带方法，它能够获得数十微米厚的带状样品或丝状样品，工艺相对简单，适宜的合金体系较多。从应用前景看，甩带方法对于摸索和开发新型铀基非晶合金非常有利，且其能够提供丝状、条带状甚至更大尺度的样品，其实用性高于前两种。

然而，铀基非晶合金至今都是国外报道的，从现有的文献与专利中，无法查到制备这种合金的具体工艺过程，其原因可能是由于铀及其合金属于军事与能源领域的敏感材料。因此，目前没有铀基非晶合金制备方法的相关报道。

另外，尽管关于常规非晶合金的甩带制备方法与技术已有较多的专利报道，但与常规金属相比，铀具有高密度、夹杂严重、易氧化的缺点，因而无法简单复制常规非晶合金的甩带工艺，来制备铀基非晶合金材料。

为了克服国外对铀基非晶合金材料制备方法的封锁，促进和推动铀基非晶合金研究，迫切需要建立一套铀基非晶合金的制备方法。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对目前没有关于铀基非晶合金制备方法的公开报道的现状，以及由于铀料具有高密度、夹杂严重、易氧化的缺点，而无法直接采用常规非晶合金的甩带工艺制备铀基非晶合金的问题，提供一种铀基非晶合金的制备方法。本发明的方法主要包括合金原料配置工艺、铀合金母锭熔炼工艺、非晶合金甩带工艺，该方法有效解决了由于铀料密度高、夹杂严重、易氧化等缺点所导致的铀基非晶合金难以制备的问题。通过实验验证，本发明成功合成了铀基非晶合金。通过本发明能够开发新型铀基非晶合金，丰富非晶合金材料种类，所制备的非晶材料具备优良的抗腐蚀性能，具有重要的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种铀基非晶合金的制备方法，包括如下步骤：

（1）合金原料配置

根据铀基非晶合金配方，采用纯度不低于99.5%的铀原料和纯度不低于99.9%的其它合金原料进行成分配置，得配置合金料；

（2）铀合金母锭熔炼

取步骤1的配置合金料，采用非自耗电弧熔炼方法熔炼配置合金料，得铀合金母锭；

（3）铀合金急冷甩带

采用急冷甩带法对步骤2制备的铀合金母锭进行甩带，得铀基非晶合金。

所述步骤2中，铀合金母锭熔炼的步骤如下：

(a)取步骤1的配置合金料，放入电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内；

(b)待配置合金料放入水冷铜坩埚后，对电弧熔炼炉抽真空，使真空度高于1E-2Pa；

(c)待步骤b完成后，充入0.4~1.0个大气压的高纯氩气，然后进行电弧熔炼，熔炼电流为200~500A，熔炼时间2min以上，得初始合金锭；

(d)将初始合金锭翻转放入电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内；

(e)重复步骤（b）至（d），熔炼合金3次以上，得铀合金母锭。

所述步骤3中，铀合金急冷甩带的步骤如下：

(h)将步骤2制备的铀合金母锭装入甩带炉内的石英管中，所述石英管的底部开有直径0.3~2mm的圆孔，石英管距离其下端的铜辊之间的间距为1~2mm；

(i)待步骤h完成后，对甩带炉抽真空，使得真空度高于1E-2Pa，然后向甩带炉内充入0.4~0.8个大气压的高纯氩气进行保护；

(j)采用压力为0.2~0.4MPa的冷却水冷却铜辊，转动铜辊，线速度为30~100m/s；

(k)用电磁感应熔炼方法熔炼铀合金母锭，感应电流为15A~20A，熔炼时间为30~200s；