[发明专利]一种用于核燃料贮存运输的中子吸收板的制备方法

摘要

本发明涉及一种用于核燃料贮存运输的中子吸收板的制备方法，是针对核反应堆释放乏燃料的情况，以铝合金粉、碳化硼粉为原料，经冷压制坯、真空热压、挤压成型、辊轧轧制、表面喷丸，制成核防护中子吸收板，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，制成的中子吸收板金相组织致密性好，碳化硼在基体内分布均匀结合、紧密，洛氏硬度达50HRB，抗拉强度强度达280MPa，屈服强度达240MPa，断后增长率为2%，冲击韧性达15J/cm²，密度达2.636g·cm^-3，致密度为99.9%，局部密度差≤0.01%，中子吸收率为90%，是十分理想的核防护中子吸收板的制备方法。

主权项

一种用于核燃料贮存运输的中子吸收板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为铝合金粉、碳化硼粉、胶体石墨、石墨纸、丙酮、细砂，其准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位制备方法如下：(1)加热，除气处理铝合金粉、碳化硼粉①将铝合金粉置于不锈钢容器内，然后置于电加热炉中，加热温度300℃，进行加热除气，时间60min；②将碳化硼粉置于不锈钢容器内，然后置于电加热炉中，加热温度400℃，进行加热除气，时间90min；(2)配料混粉将加热除气处理的铝合金粉20100g±10g、碳化硼粉9900g±10g加入混料箱中，铝合金粉：碳化硼粉＝67：33，搅拌混合，成混合粉；(3)冷压制坯料冷压制坯是在压力机上进行的，是在开合式不锈钢模具中完成的；在模具底部装入垫块，将石墨纸贴在模具内壁及垫块上；将混合粉装入开合式模具型腔内，将石墨纸盖住混合粉，并由上压块压住；将装有混合粉的开合式模具装入压力机上进行施压，施压压强40MPa，施压时间10min，施压后成坯料；(4)真空热压制坯真空热压制坯是在真空热压炉内进行的，是在加热、真空、施压状态下完成的；①将装有坯料的开合式模具移入真空热压炉内的工作台上，并密闭；②开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强恒定在0.01Pa；③开启真空热压炉加热器，开始加热，加热温度500℃±5℃，恒温保温30min；继续加热至600℃±5℃，恒温保温30min；④开启真空热压炉的压力电机，对模具内的坯料施压，施压时间25min；⑤停止加热，停止施压，当真空热压炉温度降至200℃时，向炉内充气，使炉内压强回复到1个大气压；⑥打开真空热压炉，取出开合式模具；⑦开模，打开开合式模具，取出坯料，并把坯料埋入细砂中，自然冷却至25℃；(5)热挤压成型板材板材的热挤压成型是在热挤压机上进行的，是在加热、异形导流槽模具内成型的；①制备异形导流槽模具异形导流槽模具用4Cr5MoSiV1热作模具钢制作，成型凹模的模口部设置异形导流槽，模具由挤压凸模、引伸凹模、异形导流凹模，导出凹模组成；②将异形导流槽模具置于热挤压机上，把坯料置于引伸凹模内，将挤压凸模对准坯料，引入引伸凹模内；③开启热挤压机加热器，加热模具及坯料，加热温度580℃±5℃，恒温保温时间60min；④开启挤压机，将挤压凸模引入引伸凹模、异形导流凹模、导出凹模内，挤压压强100MPa，挤压后成矩形板材；⑤挤压后自然冷却至25℃；(6)辊轧机轧制中子吸收板的轧制是在辊轧机上进行的，是在加热、施压过程中完成的；①退火处理，将矩形板材置于退火炉内，进行退火处理，退火温度450℃，退火时间120min；②开启辊轧机的上、下轧辊加热器，加热温度250℃，并恒定；③调整好上、下轧辊的间距，确定轧制量；④开启上、下轧辊的转动机构，上轧辊的转动方向为逆时针方向转动，下轧辊的转动方向为顺时针方向转动，轧制方向为由左向右轧制，上、下轧辊的转动速度为20r/min；⑤按矩形板材的变形量，进行三道次轧制，轧制后为中子吸收板；(7)中温回火处理、消除内应力将轧制后的中子吸收板置于回火炉内，进行中温回火，回火温度450℃，回火时间120min，回火后随炉自然冷却至25℃；(8)整理校平将回火后的中子吸收板置于钢质平板上、由机械修整板材周边，并校平；(9)表面喷丸处理将整理校平的中子吸收板置于喷丸机内的平面工作台上，用陶瓷珠进行表面喷丸处理，陶瓷珠直径8mm；中子吸收板的喷丸处理，正、反面分别进行，单面喷丸时间10min，喷丸后为终产物：核防护中子吸收板；(10)清理、清洁将喷丸处理的核防护中子吸收板用丙酮清洗、清洁，使表面洁净；(11)检测、分析表征对制备的核防护中子吸收板的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能、核防护性能进行检测、分析、表征；用扫描电镜进行显微组织分析；用X射线衍射仪进行物相分析；结论：核防护中子吸收板为银白色矩形板状，表面有喷丸痕迹，金相组织致密性好，碳化硼在铝基体内分布均匀，结合紧密，洛氏硬度达50HRB，抗拉强度强度达280MPa，屈服强度达240MPa，断后增长率为2％，冲击韧性达15J/cm²，密度达2.636g·cm^‑3，致密度为99.9％，局部密度差≤0.01％，中子吸收率为90％，是十分理想的核防护中子吸收板的制备方法。