[发明专利]具备极低再结晶温度的耐腐蚀Pb-Li-Pd铅锂合金

说明书

本发明公开了具备极低再结晶温度的耐腐蚀Pb‑Li‑Pd铅锂合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Li:0.8‑1.4wt.%,Pd:0.3‑0.5wt.%,Te:0.3‑0.7wt.%,Zr:1.2‑1.6wt.%，Ge:0.4‑0.5wt.%,Sb:0.2‑0.8wt.%,余量为铅。该铅锂合金具有传统屏蔽材料用铅合金不具备的耐腐蚀性能,并具备低的再结晶温度。用于极地环境下的核堆、医用放射源屏蔽、核废料处理等领域，可以有效地保障核反应堆系统的安全运行、提高系统运行寿命。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种铅锂合金。

背景技术

核电与火电、水电一起构成世界能源的三大支柱，在世界能源结构中占有重要的地位。用发展的眼光来看，我国能源增长需求主要靠核能的发展。与火电相比，核电不排放烟尘、二氧化硫、氮氧化物和二氧化碳等大气污染物。核能利用是国防力量和国民经济水平的重要标志，显示了一个国家的综合实力。反应堆是核能源系统的核心部分，核裂变(或聚变)产生各种辐射射线，如不同能级的中子、γ射线、二次γ射线，其它带电粒子和高能射线。为了核反应堆系统能安全运行，用具有高可靠性的核屏蔽设施来衰减射线，保障核反应堆系统和环境安全。另外，还需要使用安全、可靠、高效的核屏蔽材料制作的容器为核燃料、核废料的运输、储存来提供安全保障。

国内外对屏蔽合金材料已进行了大量的研究，很多屏蔽材料已得到广泛的应用。一般来说，大多的屏蔽合金材料含有铅或者是铅合金。屏蔽铅合金具有很独特的性能：(1)性能优良、成本适中、工艺成熟。在核石油勘探等领域存在着较大应用前景。有良好的多重辐射屏蔽性能。(2)第二相由于稳定性高，不会因长期保持而导致合金软化，从而可使铅得到有效的强化，在较高温度下也能保持较高的强度性质。(3)拥有良好的延展性能，可以有效降低铅合金的加工难度，满足作为结构工程材料使用的需要。

辐射防护依赖于屏蔽材料的性能和辐射屏蔽结构的优化设计。随着核能源及各种核反应堆的发展，对屏蔽材料及屏蔽系统的要求越来越高。现有的许多屏蔽材料已难以满足其使用要求，主要表现在屏蔽材料的屏蔽效果与其它性能难以兼顾。因此对具备屏蔽与结构功能一体化的新型屏蔽材料的设计、制备及可靠性研究是屏蔽材料领域的前沿性课题。

人们不断追求合金性能和加工性能的最佳组合的来满足日益提升的要求。目前，在欧美、日本等发达国家已经通过几十年的努力对核反应堆合金材料进行了多方位的创新。我国目前的屏蔽材料用合金的产品还很单一,在有温度要求的工作环境中不能适用。开发具备特殊性能铅合金有两种方法，一种是加入合金元素通过固溶强化来强化基体，另一种是通过加入第二相强化相形成铅基复合材料。在铅合金中加入锂后，通过优化合金的成分和配比能使得铅合金的有良好的多重辐射屏蔽性能。

在辐射环境下,随着反应堆工作时间的加长,当核辐射引起的缺陷不能尽快的通过材料内部的回复和再结晶进行一定程度的消除后,屏蔽合金材料会变得发脆,引发力学性能的失效或者断裂。此外,材料的强化同样会引起力学性能升高,伴随而来的是回复和再结晶的温度也会相应的增大。因而,研究和推广具备低于现有屏蔽材料用铅合金的再结晶温度的铅合金材料,对于推动我国工业的快速发展已经成为必然。

铅锂合金在熔炼和成型过程中极易发生氧化、燃烧甚至爆炸，不仅给零件的成型与性能造成危害，还很容易伤及人体和污染环境。铅锂合金产业化的一个重要方向就是如何阻止其高温下的氧化燃烧。目前冶炼工业中常采用氯化盐熔剂保护法与惰性气体保护法。但是，这两种方法都有其难以避免的缺陷，如易产生有毒气体污染环境和造成熔剂夹杂而损害合金性能。此外，熔炼、浇注设备和工艺复杂，加大了成本。解决铅锂合金在大气中熔炼时产生燃烧的另一个途径是向铅锂合金中添加合金元素，通过合金化的方法达到阻燃目的。