[發明專利]具備高溫熱穩定性的耐氧化Pb-Li-V鉛鋰合金

在審

• 申請號: 201810112638.2
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108179312A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 楊長江
• 申請（專利權）人: 廣州宇智科技有限公司
• 主分類號: C22C11/00
• 分類號: C22C11/00;C22C1/02;C22F1/12;C22F1/02
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本發明公開了具備高溫熱穩定性的耐氧化Pb?Li?V鉛鋰合金及其加工工藝。按照重量百分比，該合金的成分為：Li:1.4?1.8wt.%,V:0.2?0.5wt.%,Sm:0.5?0.8wt.%,B:0.3?0.8wt.%，Ge:1.4?1.9wt.%,Zn:0.4?0.6wt.%,余量為鉛。該鉛鋰合金具有傳統屏蔽材料用鉛合金不具備的高溫穩定性能,并具備強的抗氧化能力。用于熱帶環境下的核堆、醫用放射源屏蔽、核廢料處理等領域，可以有效地保障核反應堆系統的安全運行、提高系統運行壽命。

技術領域

本發明涉及合金技術領域，具體地說，涉及一種鉛鋰合金。

背景技術

在能源日趨匾乏的二十一世紀，核電將成為最主要的清潔、高效、可靠的能源。核反應堆運行過程中，堆芯將產生輻射。其中尤其以γ射線和中子的穿透力較強，因而可對周邊物體和人員產生輻照損傷。因此有效屏蔽γ射線和中子是核反應堆提高安全可靠性的必要要求，在國防和民用領域都極具意義。

對核能利用顯示了一個國家的綜合實力，標志著國家的國防力量和國民經濟水平。為了保障了核反應堆系統的安全運行、提高系統運行壽命，必須對核反應堆系統進行屏蔽處理，用具有高可靠性的核屏蔽設施來衰減射線。可以預見，隨著核能應用日趨擴大，人們對安全和環境保護的越來越重視。在核原料儲運、反應堆運行到核廢料的填埋處理等環節上，對核屏蔽材料提出了更高的要求。

屏蔽材料是根據其在不同核反應中的特殊應用而設計制備的，材料的屏蔽效果是最重要的因素。另外，材料的物理力學性能、抗輻照性能、熱穩定性等也必須加以綜合考慮。隨著快堆、動力堆及其它可攜帶輻射源應用的增加，傳統屏蔽材料已難以滿足現代輻射防護的特殊要求，如航空和武器領域不僅需要材料具有良好的綜合屏蔽性能，而且對材料的機械物理性能也有很高的要求。結構和功能性一直是屏蔽材料設計的一大矛盾。

國內外對屏蔽合金材料已進行了大量的研究，很多屏蔽材料已得到廣泛的應用。一般來說，大多的屏蔽合金材料含有鉛或者是鉛合金。屏蔽鉛合金具有很獨特的性能：(1)性能優良、成本適中、工藝成熟。在核石油勘探等領域存在著較大應用前景。有良好的多重輻射屏蔽性能。(2)第二相由于穩定性高，不會因長期保持而導致合金軟化，從而可使鉛得到有效的強化，在較高溫度下也能保持較高的強度性質。(3)擁有良好的延展性能，可以有效降低鉛合金的加工難度，滿足作為結構工程材料使用的需要。

人們不斷追求合金性能和加工性能的最佳組合的來滿足日益提升的要求。目前，在歐美、日本等發達國家已經通過幾十年的努力對核反應堆合金材料進行了多方位的創新。我國目前的屏蔽材料用合金的產品還很單一,在有溫度要求的工作環境中不能適用。開發具備特殊性能鉛合金有兩種方法，一種是加入合金元素通過固溶強化來強化基體，另一種是通過加入第二相強化相形成鉛基復合材料。在鉛合金中加入鋰后，通過優化合金的成分和配比能使得鉛合金的有良好的多重輻射屏蔽性能。

鉛鋰合金在熔煉和成型過程中極易發生氧化、燃燒甚至爆炸，不僅給零件的成型與性能造成危害，還很容易傷及人體和污染環境。鉛鋰合金產業化的一個重要方向就是如何阻止其高溫下的氧化燃燒。目前冶煉工業中常采用氯化鹽熔劑保護法與惰性氣體保護法。但是，這兩種方法都有其難以避免的缺陷，如易產生有毒氣體污染環境和造成熔劑夾雜而損害合金性能。此外，熔煉、澆注設備和工藝復雜，加大了成本。解決鉛鋰合金在大氣中熔煉時產生燃燒的另一個途徑是向鉛鋰合金中添加合金元素，通過合金化的方法達到阻燃目的。

合金化阻燃法其機理是在鉛鋰合金熔煉過程中添加特定的合金元素來影響合金氧化的熱力學與動力學過程，形成具有保護作用的致密氧化膜和氮化膜，達到阻止合金劇烈氧化和氮化的目的，并且鉛鋰合金在后續加工過程中的氧化燃燒的傾向大大降低，從而提高鉛鋰合金的加工安全性。鉛鋰合金不僅具備優異的強度性能,其耐高溫性能也遠遠高于現有的屏蔽材料用鉛合金。

發明內容