[发明专利]一种含Eu镍基中子吸收体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含Eu镍基中子吸收体材料及其制备方法和应用，含Eu镍基中子吸收体材料包括以下质量百分数的成分：5.00％～20.00％Eu，5.00％～25.00％Cr，余量为Ni，所述Cr固溶于所述Ni基体中，所述含Eu镍基中子吸收体材料的相组成主要是Ni和Nisubgt;5/subgt;Eu。所述含Eu镍基中子吸收体材料在熔炼制备过程中采用了特殊的布料方式和阶梯控制熔炼功率方法，可有效降低Eu的挥发，使Eu含量得到准确控制；所述含Eu镍基中子吸收体材料具有良好的力学性能、高温稳定性和耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及核材料技术领域的控制棒中子吸收体材料，具体涉及一种含Eu镍基中子吸收体材料及其制备方法和应用。

背景技术

在反应堆中，为了控制链式反应的速率在一个预定的水平上，需用吸收中子的材料做成吸收棒，称之为控制棒和安全棒。控制棒用来补偿燃料消耗和调节反应速率；安全棒用来快速停止链式反应。常规的吸收体材料包括：硼元素材料、Ag-In-Cd合金以及金属Hf等。早期的中子吸收体材料主要是碳化硼和硼钢，例如用于俄罗斯VVER-1000，VVER-440和RBMK-1000核反应堆的控制棒。然而，中子辐照产生的位移损伤、氦气泡等辐照产物使碳化硼和硼钢容易肿胀和开裂。Ag-In-Cd合金以及金属Hf是强中子吸收体材料，通常用于控制棒中，然而，Ag-In-Cd以及Hf非常昂贵，导致控制棒组件成本很高。随着我国两大名片之一的“华龙一号”走出国门，开发具有自主知识产权且低成本的高性能中子吸收体材料具有非常重要的意义。

近年来，随着稀土材料在世界范围内的广泛研究，部分热中子俘获截面大、中子吸收能力强的稀土元素开始作为吸收体材料应用于核材料领域。稀土元素Eu具有非常大的热中子俘获截面，其被认为是一种非常理想的中子吸收元素。镍基合金具有优良的耐腐蚀性能及力学性能，据研究表明，不锈钢和镍基合金作为中子吸收体材料的基体具有一定的可行性，如铽镝铁合金(Tb0.3Dy0.7Fe2)在工业领域已有较为普遍的应用。目前含Eu镍基合金是一种新型的、具有发展潜力的控制棒中子吸收体材料的研究方向。然而，含Eu镍基合金在熔炼过程中存在的最大问题是Eu的熔点较低(822℃)，而基体镍的到熔点(1454℃)较高，二者之间较大的熔点差距导致熔炼过程中Eu元素大量挥发，材料中重要的中子吸收元素Eu的含量不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含Eu镍基中子吸收体材料及其制备方法和应用，解决含Eu镍基中子吸收体材料熔炼过程中Eu挥发问题。同时，通过添加合金化元素Cr提高中子吸收体材料的力学性能。

本发明提供一种含Eu镍基中子吸收体材料，包括以下质量百分数的成分：

5.00％～20.00％Eu，5.00％～25.00％Cr，余量为基体Ni，Cr固溶于镍基体中，含Eu镍基中子吸收体材料的相组成主要是Ni和Ni₅Eu。

本发明的有益效果：1.本发明中存在Ni₅Eu相，其具有较高的熔点，有效降低Eu的挥发，从而使得中子吸收体材料中的Eu含量得到准确控制，使得含Eu镍基中子吸收体材料具有稳定的中子捕获性能。2.在镍基体中加入合金化元素Cr可显著提高含Eu镍基合金的力学强度；3.本发明的含Eu镍基中子吸收体材料具备良好的耐腐蚀性能；4.由于Eu元素具有非常大的热中子俘获截面，本发明的含Eu镍基中子吸收体材料对中子具有良好的吸收能力，作为中子吸收体材料具有良好的应用前景。

作为一种可能优选的方式，含Eu镍基中子吸收体材料包括以下质量百分数的成分：5.00％～10.00％Eu，15.00％～25.00％Cr，余量为Ni。

作为一种可能优选的方式，含Eu镍基中子吸收体材料包括以下质量百分数的成分：10.00％Eu，20.00％Cr，余量为Ni。

作为一种可能优选的方式，Eu、Cr以及Ni来源的金属基体的纯度均大于99.99wt％。