[發明專利]B4C/Al復合材料耐蝕膜層及中子吸收材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410505927.0
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104264201A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 李丘林;劉偉;曾晴芳
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: C25D11/04
• 分類號: C25D11/04;C25D11/18;C25D11/06;G21C7/24
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

技術領域

本發明涉及一種B₄C/Al復合材料耐蝕膜層的制備方法，以及一種使用該B₄C/Al復合材料耐蝕膜層制備方法的中子吸收材料的制備方法。

背景技術

反應堆內核燃料在核反應堆中“燃燒”不允許像化石燃料一樣一次燒盡，使用后具有一定的放射性、毒性和存在發生核臨界的危險，會危及人類的健康生存和環境。我國核能現在裝機容量不足10000MW，預計到2020年，我國核電能將達到40000MW，世界各國都制定了積極的核電發展規劃，“第三代”核電站取得重大進展，有的已投入商運或即將立項，乏燃料貯存量將會越來越大。為了降低環境保護代價和貯存成本，乏燃料貯存必將朝密集化、長期化方向發展。

國際先進的乏燃料貯存系統主要采用BORAL^TM和METAMIC^TM等鋁基復合物來作為中子吸收材料，將其作為貯存格架材料能有效控制乏燃料貯存過程中的反應。B₄C/Al復合材料可以采用攪拌鑄造的方法，通過研磨、精煉除渣、機械和電磁攪拌、熱壓軋制成型幾個步驟制備得到。

B₄C/Al復合材料中B₄C的質量百分含量為20％～40％，B₄C即¹⁰B的含量決定了材料的熱中子吸收性能，其中B₄C顆粒分布均勻、彌散，組織致密，沒有明顯的氣孔等鑄造缺陷，材料的機械力學性能十分優異。但是，與此同時，B₄C顆粒增強鋁基復合材料中增強相的引入，使復合材料的腐蝕行為復雜化，其腐蝕行為要比基體合金復雜得多，這將限制該材料在腐蝕條件苛刻的環境中的應用。非晶結構的膜具有各向同性、表面無晶界的特點，故在腐蝕性介質中不易形成腐蝕微電池，降低發生電化學腐蝕可能性，具有較好的耐蝕性。在B₄C/Al復合材料的表面制備非晶氧化鋁復合膜層有望提高該材料的抗腐蝕性。

有關B₄C/Al復合材料表面耐蝕性膜層制備工藝的報道極少，其工藝手段是在材料表面制備氧化鋁膜，然后對其進行封孔處理。一種已知的B₄C/Al復合材料的表面處理方法包括：將復合材料機械拋光并在丙酮中超聲清洗，再依次堿洗和超聲清洗、酸洗和超聲清洗，然后在硫酸溶液中陽極氧化，最后在沸水中作封孔處理。但是，上述制備方法存在以下問題：1、采用單一硫酸電解液，反應過程中溶液升溫快，過高的溶液溫度往往導致氧化膜質量下降，影響膜層的耐蝕性。若安裝冷卻裝置，所需成本會大大增加。因此需要探索出更合適的陽極氧化電解液或者找出能擴寬陽極氧化溫度的添加劑。2、鋁基復合材料在陽極氧化過程中形成不均勻膜，甚至在不導電的第二相顆粒上成膜困難，而且B₄C/Al界面處的成膜情況并不清楚。王希等【王希，原位合成TiB₂-6351Al復合材料陽極氧化的研究，材料保護，2007，40(10):61～63】提出了由于復合材料增強顆粒的阻礙作用，得到均勻膜層的條件苛刻，Al和TiB₂顆粒上形成的膜層厚度不一樣，進而使得整體的成膜厚度有限，導致復合材料上形成的氧化膜耐蝕性降低。導致膜層厚度不均的原因是TiB₂的導電性不如Al。以此類推，在B₄C/Al復合材料中，增強相B₄C顆粒不具有導電性，使B₄C顆粒增強的復合材料陽極氧化成膜更困難，比一般鋁合金和有一定導電性的TiB₂等顆粒增強的復合材料更難氧化成膜，使其實際應用受到限制。3、采用沸水封孔，封孔溫度較高，封孔速度低，能耗高，氧化膜的封孔質量低，所得到的B₄C/Al復合材料抗腐蝕能力不強，因此陽極氧化后的封閉工藝有待優化。

發明內容

本發明的主要目的在于針對以上現有技術的不足，提供一種B₄C/Al復合材料耐蝕膜層的制備方法，在復合材料表面制備非晶氧化鋁膜，大大提高氧化膜封孔速度，改善封孔質量。

進一步地，本發明的目的還在于在不降低氧化膜質量的前提下，減少陽極氧化過程中反應熱效應的影響。

本發明還提供一種采用該B₄C/Al復合材料耐蝕膜層的制備方法的中子吸收材料的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種B₄C/Al復合材料耐蝕膜層的制備方法，包括以下步驟：