[發(fā)明專利]一種Fe基球形屏蔽合金粉末及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110995961.0
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113798487B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉穎;李軍;孫倫高;陳康為
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: B22F1/065
• 分類號: B22F1/065;B22F1/142;C22C38/12;C22C38/22;C22C38/32;B22F9/08;B22F9/04;G21F1/08
• 代理公司: 成都東恒知盛知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 羅江

本發(fā)明涉及核輻射屏蔽材料領(lǐng)域，具體公開了一種Fe基球形屏蔽合金粉末及其制備方法，其具備優(yōu)異的γ射線和熱中子屏蔽性能。所述鐵基合金粉末的組分重量百分比為：W 13.6～28.9％，B 0.8～1.7％，Cr 0～15.0％，余量為Fe。按照本發(fā)明所述合金粉末的組分及組分配比稱取原料，并在氬氣保護(hù)下進(jìn)行熔煉、霧化得到合金粉末，再對合金粉末進(jìn)行熱處理和球磨分散，最終得到高球形度、高流動性，并且硼化物相分布均勻，綜合屏蔽性能好的合金粉末。本發(fā)明的Fe基屏蔽合金粉末可廣泛應(yīng)用于核輻射屏蔽的異形結(jié)構(gòu)填充領(lǐng)域和Fe基屏蔽體材料的修補(bǔ)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核輻射屏蔽材料領(lǐng)域，具體涉及一種Fe基球形屏蔽合金粉末及其制備方法。

背景技術(shù)

核能是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、密度能量高的清潔型能源，是人類能源供給的有益補(bǔ)充。在核能源系統(tǒng)中，反應(yīng)堆是核心部分。核反應(yīng)堆中，核裂變(或聚變)會產(chǎn)生的各種輻射射線，如不同能級的中子、γ射線、二次γ射線及其它帶電粒子和高能射線，這些射線能夠直接傷害人體，也可通過污染空氣、土壌、水源及食物等，間接對人體造成損害。一定劑量的射線進(jìn)入人體后，對人體的組織產(chǎn)生電離作用，致使細(xì)胞變形、組織損傷，引起人體器官功能紊亂、新陳代謝障礙等疾病。同時還會使結(jié)構(gòu)材料及機(jī)器設(shè)備發(fā)熱、活化，降低其壽命。因此，必須對核反應(yīng)堆產(chǎn)生的輻射進(jìn)行有效屏蔽。

目前的核反應(yīng)堆中的大型屏蔽結(jié)構(gòu)件難以一體化成型，廣泛采用的焊接加工手段，不可避免的會產(chǎn)生大量的異形區(qū)域，成為輻射屏蔽的薄弱區(qū)，對人員和設(shè)備安全均構(gòu)成威脅。目前，主要采用流動性好、球形度高、綜合屏蔽性能優(yōu)異的粉末對異構(gòu)區(qū)域進(jìn)行致密填充，彌補(bǔ)主體屏蔽性能的不足，完善屏蔽體的屏蔽性能。除此之外，一些大型Fe基屏蔽體材料在使用過程中，會出現(xiàn)局部磨損或腐蝕，造成屏蔽體屏蔽性能的下降，故也需具有優(yōu)異屏蔽性能的Fe基合金粉末對屏蔽體的缺陷進(jìn)行填充和修補(bǔ)，大幅降低屏蔽系統(tǒng)的維護(hù)和修理成本。

目前，在上述領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的是氣霧化方法制備的含硼不銹鋼粉末，其具有球形度高，流動性好，熱中子屏蔽性能好以及耐腐蝕等優(yōu)點。但其也存在一些不足：在含硼不銹鋼粉末中，F(xiàn)e、Ni、Cr等元素的相對原子質(zhì)量較小，對γ射線的屏蔽效果有限。同時，B元素在基體晶界上存在偏析，合金元素的微觀均勻性有待優(yōu)化。富含W、B元素的Fe基屏蔽合金作為一類新型核輻射屏蔽用材料，其中W、B元素以穩(wěn)定的三元硼化物FeWB相的形式存在。材料中的B元素具有高的熱熱中子吸收截面，能有效屏蔽熱中子，而W元素屬于重元素，能有效屏蔽γ射線；目前，制備的Fe-W-B合金粉末，一定程度上避免了元素的偏析，有利于合金粉末綜合屏蔽性能的提高。但該粉末在球形度(僅有82.7％)、流動性(19.14s/50g)以及氧含量(0.7934wt％)方面還需進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種具有高球形度、高流動性及優(yōu)異綜合屏蔽性能的Fe基屏蔽合金粉末及其制備方法。本發(fā)明提供的Fe基合金粉末在保證具有優(yōu)異綜合屏蔽性能的前提下，大幅度提高Fe基合金粉末的球形度和流動性，解決了上述背景技術(shù)中提到的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種Fe基球形屏蔽合金粉末，所述Fe基合金粉末的組分重量百分比為：W 13.6～28.9％，B 0.8～1.7％，Cr 0～15.0％，余量為Fe。

優(yōu)選的，所述Fe基合金粉末的組分重量百分比為：W 13.6～18.7％，B 0.8～1.4％，Cr 5～13.0％，余量為Fe。

所述鐵基屏蔽粉末球形度高，流動性良好，粉末中的第二相彌散均勻，綜合屏蔽性能好。

一種Fe基球形屏蔽合金粉末的制備方法，包括以下步驟：在氬氣保護(hù)條件下，將合金原料經(jīng)熔煉、霧化后得到霧化合金粉末，再對霧化合金粉末進(jìn)行熱處理和球磨分散，得到Fe基球形屏蔽合金粉末。

優(yōu)選的，所述制備方法具體包括以下步驟：