[發(fā)明專利]一種中子吸收材料快速半固態(tài)溫區(qū)成型方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810446766.0
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108588500A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龐曉軒;鮮亞疆;羅昊;張佳佳;楊曉峰;王偉;李強(qiáng);雷洪波;張鵬程
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C32/00;C22C1/05;C22C1/10;C22F1/04
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 王朋飛

本發(fā)明涉及一種中子吸收材料快速半固態(tài)溫區(qū)成型方法，屬于半固態(tài)成型技術(shù)領(lǐng)域，適用于顆粒（納米、微米尺度）增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的半固態(tài)成型用板坯。方法是：采用球磨工藝制備碳化硼和鋁合金混合粉末，經(jīng)過冷等靜壓得到生坯；在鋁合金的固、液兩相的半固態(tài)溫度區(qū)間進(jìn)行熱壓燒結(jié)、熱等靜壓等工藝，獲得陶瓷顆粒均勻彌散分布于鋁合金基體中的高致密復(fù)合材料，再在鋁合金基體變形溫度區(qū)間進(jìn)行熱鍛壓、熱擠壓或熱軋制處理，隨后進(jìn)行熱處理，制得組織均勻的高致密度的鋁基碳化硼中子吸收材料。本發(fā)明易于加入非金屬材料，制備時間短，材料致密度高，顯微形貌好，生產(chǎn)成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁基碳化硼中子吸收材料快速半固態(tài)成型方法。本發(fā)明可用于制備高致密度的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，所制備的復(fù)合材料在半固態(tài)成型時具有較高的致密度，顆粒彌散均勻分布的顯微形貌，最終實(shí)現(xiàn)材料快速成型。

背景技術(shù)

鋁基碳化硼中子吸收材料屬于復(fù)合材料，這種材料含有中子吸收性能良好的B元素，可應(yīng)用于核電站反應(yīng)堆乏燃料貯存材料，吸收熱中子，防止臨界事故，其優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕、耐輻照、硼含量高、使用壽命長，能提高乏燃料貯運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。而限制其進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的瓶頸問題就是材料制備困難，成型方式是關(guān)鍵難點(diǎn)。

通常的制備方法為液態(tài)成型技術(shù)和固態(tài)成型技術(shù)，前者通常包括攪拌鑄造法、浸滲法、噴射沉積法等，后者包括機(jī)械合金化、粉末冶金法等。這些制備方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，液態(tài)法制備時Al和B₄C易于發(fā)生界面反應(yīng)，難以控制，生成大量的AlB₂、Al₃BC和Al₄C₃等脆性物相，大量的界面反應(yīng)會惡化復(fù)合材料力學(xué)性能。固態(tài)法制備過程中，流程較多，成本較高。因此，仍有必要深入研究新的鋁基碳化硼材料的制備工藝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種易于加入非金屬材料，制備時間短，致密度高，顯微形貌佳的中子吸收材料快速半固態(tài)成型方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種中子吸收材料快速半固態(tài)溫區(qū)成型方法，步驟為：

S1 混合B₄C粉末和鋁合金粉末；

S2 將混合均勻的粉體裝入軟膜中抽真空至真空度優(yōu)于10^-1Pa；

S3 冷等靜壓，壓力為100~300MPa，得到鋁基碳化硼中子吸收材料的壓坯；

S4 將壓坯放入金屬包套中，密封后高溫除氣，抽真空至真空度優(yōu)于10^-3Pa；

S5進(jìn)行熱壓燒結(jié)或熱等靜壓處理，處理溫度位于鋁合金的固、液兩相的半固態(tài)溫度區(qū)間；

S6拆除金屬包套；

S7加熱至鋁合金基體的變形溫度區(qū)間，進(jìn)行熱鍛壓、熱擠壓或熱軋制處理，制得高致密度的半固態(tài)成型的板材；

S8進(jìn)行均勻化退火、時效處理。

所述的鋁合金是1系鋁合金、2系鋁合金、3系鋁合金、4系鋁合金、5系鋁合金或6系鋁合金。

所述步驟S1中混合B₄C粉末和鋁合金粉末時，其中 B₄C含量為8~40%。

所述步驟S1中采用球磨機(jī)均勻混合，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速100 ~450rpm/min。

所述步驟S1中鋁合金粒徑為1μm~50μm；B₄C粒徑為1μm~30μm。

所述步驟S5中熱壓燒結(jié)的壓力為50~330MPa、保壓時間為5~90min。

所述步驟S5中熱等靜壓的壓力為40~200MPa，保壓時間為5~90min。