[发明专利]一种增强型镁合金基中子吸收板的制备方法

摘要

本发明涉及一种增强型镁合金基中子吸收板的制备方法，是针对核辐射防护的实际情况，以碳化硼粉、硼粉、镁粉、铝合金粉为原料，采用在电场辅助作用下真空热压技术，在电场加热、电阻加热、加压和真空条件下制备镁合金基中子吸收板坯料，使B4C颗粒和B颗粒均匀的分布在基体中，真空环境有效防止了材料的氧化，电场作用提高了界面结合强度，坯料经过热挤压成型，提高了颗粒分布均匀性，提高了材料的塑性变形性能，挤压后的坯料经过热辊轧，获得板材，使材料内部金相组织更加紧密，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，镁合金基中子吸收板的中子吸收性能达98％，材料密度达99％，材料硬度达HV0.1＝186.7，颗粒分布均匀，是一种轻质、高强、具有良好中子吸收性能的复合板材。

主权项

一种增强型镁合金基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：镁粉、铝合金粉、碳化硼粉、硼粉、无水乙醇、氢氟酸、去离子水、石墨纸、石墨乳、砂纸，其组合准备用量如下：以克、毫升、毫米为计量单位制备方法如下：(1)制备圆筒形模具圆筒形模具用H13模具钢制作，模具型腔尺寸为Φ100mm×240mm，型腔表面粗糙度Ra0.08‑0.16μm；(2)预处理碳化硼粉①将碳化硼粉放入氢氟酸溶液中浸泡10h；②用去离子水清洗碳化硼粉，使清洗液至中性；③将碳化硼粉置于干燥箱中在100℃烘干2h；④将碳化硼粉置于石英容器中，在电阻炉内煅烧，煅烧温度420℃，煅烧时间1h；(3)预处理硼粉将硼粉置于石英容器中，然后置于真空加热炉中干燥，干燥温度100℃，真空度≤2Pa，干燥时间30min；(4)配料配料在真空手套箱内进行，称取镁粉250g±0.01g、铝合金粉100g±0.01g、碳化硼粉125g±0.01g、硼粉25g±0.01g，置于球磨罐中，成混合粉，密封球磨罐；(5)球磨混料将装有混合粉的球磨罐置于球磨机上球磨，球磨机转速200rpm，球磨时间1h，球磨后成混合细粉；混合细粉的质量比为镁粉：铝合金粉：碳化硼粉：硼粉＝10:4:5:1；(6)装料打开圆筒形模具，在模具型腔内底部放置下垫块，在下垫块上部放置石墨纸，在石墨纸上部放置混合细粉，在混合细粉上部放置石墨纸，在石墨纸上部放置上压块；(7)冷压将装有混合细粉的圆筒形模具移入压力机上，进行冷压压实，施压压力为100MPa，施压时间为5min，冷压后成坯料；(8)电场作用下，镁合金基中子吸收板坯料的真空热压镁合金基中子吸收板坯料的热压是在真空热压炉内进行的，是在真空环境下，脉冲电流加热、电阻丝加热、施压过程中完成的①冷压后的圆筒形模具移入真空热压炉内，调整模具位置，使模具与压头对中，对圆筒形模具施压，固定，并密封；②开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强≤1Pa；③开启脉冲电流加热器、电阻加热器，使炉内温度升至350℃±2℃，并恒定；开启液压油缸，并施压，施压压力为60MPa，保温施压时间30min；④继续加热，加热温度升至500℃±2℃，并恒定；液压油缸继续施压，施压压力100MPa，保温施压时间40min；⑤关闭真空热压炉的脉冲电流加热器、电阻加热器，关闭真空泵，圆筒形模具及坯料随炉冷却至25℃；⑥开炉、开模打开真空热压炉，取出圆筒形模具；打开圆筒形模具，取出坯料；(9)镁合金基中子吸收板的挤压成型镁合金基中子吸收板的挤压成型是在立式挤压机上进行的，是在加热、加压、异形导流凹模作用下完成的；①在凹模型腔内壁涂刷石墨乳，将坯料置于异形凹模上部，并引入凹模型腔内，挤压凸模置于坯料上部；②开启挤压机加热器，加热异形凹模及坯料，加热温度350℃±2℃，保温30min；③开启立式挤压机，挤压凸模施压，坯料进入异形凹模，成型为板材；④板材成型后在自然空气中冷却至25℃；(10)镁合金基中子吸收板的轧制镁合金基中子吸收板的轧制是在辊轧机上进行的，是在加热、轧制过程中完成的；①将板材置于加热炉内加热，加热温度300℃±2℃，恒温保温30min；②将加热后的板材置于辊轧机的上轧辊和下轧辊之间，并调整固定板材位置；③开启辊轧机，使上轧辊、下轧辊运动，上轧辊转动方向为逆时针转动，下轧辊转动方向为顺时针转动，上轧辊的转动速度为10r/min,下轧辊的转动速度为10r/min；轧制方向为由左向右轧制；轧制道次为3道次；轧制后为增强型镁合金基中子吸收板；(11)打磨、砂光处理将制备的镁合金基中子吸收板置于钢质平板上，用砂纸打磨周边及正反表面，使其洁净；(12)清洗，用无水乙醇清洗镁合金基中子吸收板表面，使其洁净；(13)检测、分析、表征对制备的增强型镁合金基中子吸收板的形貌、色泽、化学物理性能、力学性能、中子吸收性能进行检测、分析、表征；用阿基米德排水法进行材料致密度测试；用显微硬度仪进行硬度性能分析；用金相显微仪进行微观组织分析；用中子测试仪进行中子吸收性能测试；结论：镁合金基中子吸收板为银白色，材料密度达99％，材料内部未出现碳化硼颗粒和硼颗粒团聚现象，碳化硼颗粒和硼颗粒均匀的分布在基体之间，颗粒之间界面结合良好，硬度达HV0.1＝186.7，中子吸收性能达98％。