[發(fā)明專(zhuān)利]一種氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111012390.0
• 申請(qǐng)日: 2021-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113789494A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋鵬;李青;黎振華;黃太紅;鄭必舉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23C4/123
• 分類(lèi)號(hào): C23C4/123;C23C4/06;C23C4/02;C23C4/16;C23C4/18;C22C38/06;C22C38/22;C22C38/28;C21D1/74;C21D9/08;C23C24/04
• 代理公司: 昆明合盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 53210
• 代理人: 龍燕

本發(fā)明公開(kāi)一種氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管的制備方法，涉及核反應(yīng)堆材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述方法采用鋁合金圓柱形管作為基底心軸，對(duì)其進(jìn)行噴砂粗糙處理和清潔處理；稱(chēng)取原料經(jīng)團(tuán)聚燒結(jié)得到混合粉末；將混合粉末送入噴涂設(shè)備的送粉器內(nèi)，利用噴涂技術(shù)鋁合金圓柱形管表面進(jìn)行噴涂；將噴涂沉積物表面從320目碳化硅砂紙開(kāi)始逐漸研磨，最后用1500目碳化硅砂紙磨拋；去除所有鋁合金圓柱形管，并留下獨(dú)立的氧化物彌散強(qiáng)化鋼圓形管；進(jìn)行后續(xù)熱處理得到氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管。本發(fā)明所述方法可克服目前用于制造氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管的多個(gè)擠壓和退火步驟的缺點(diǎn)，并提供制造核燃料包殼管的高效率、低成本、性能優(yōu)異的有效方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管的制備方法。

背景技術(shù)

核反應(yīng)堆的堆芯結(jié)構(gòu)部件，如核燃料包殼，在高溫(550～900℃)和高輻射場(chǎng)(10～150dpa的損傷水平)的極端環(huán)境中運(yùn)行。因此，用于核燃料包殼的結(jié)構(gòu)材料在高劑量中子輻照下具有非常好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和在高溫下具有良好的蠕變斷裂強(qiáng)度是必要的。核燃料包殼材料的早期發(fā)展集中在BCC鐵素體/馬氏體鋼上，因?yàn)樗鼈兊目馆椛渑蛎浤芰Ω哌_(dá)200dpa及更高的中子劑量。然而，這些材料在高于約500℃的溫度下通常沒(méi)有表現(xiàn)出足夠的蠕變斷裂強(qiáng)度。在這方面，氧化物彌散強(qiáng)化鋼受到了相當(dāng)大的關(guān)注，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁邷厝渥償嗔褟?qiáng)度和抗輻射損傷的良好結(jié)合。氧化物彌散強(qiáng)化鋼由鐵素體基體組成，基體中均勻分散有氧化釔/氧化鈦納米顆粒或納米團(tuán)簇，可有效抑制材料高溫下的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。氧化物彌散強(qiáng)化鋼在中子照射下也表現(xiàn)出良好的耐輻射損傷性。

目前氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管的生產(chǎn)是通過(guò)多步擠壓工藝進(jìn)行的這種傳統(tǒng)的制造方法生產(chǎn)尺寸精確的包殼管，同時(shí)在鐵素體基體中均勻分散氧化物納米團(tuán)簇。然而，這些多步驟、低應(yīng)變率的工藝使得管的制造昂貴且耗時(shí)。這種傳統(tǒng)制造方法的另一個(gè)后果是，包殼管會(huì)形成各向異性的晶粒，因此各向異性的晶粒會(huì)降低氧化物彌散強(qiáng)化鋼本身優(yōu)異的機(jī)械性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是：傳統(tǒng)制造方法的多步驟、低應(yīng)變率等工藝使得核燃料包殼管的制造昂貴且耗時(shí)，以及可能具有各向異性的機(jī)械性能等缺點(diǎn)。

本發(fā)明創(chuàng)新性地利用噴涂方式制備氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管，該工藝可消除前面概述的現(xiàn)有制備方法中使用的大量擠壓和退火步驟。

本發(fā)明的目的在于提供一種高效率、低成本、性能優(yōu)異的氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管的制備方法，首先，使用噴涂工藝將混合粉末沉積到旋轉(zhuǎn)的鋁合金圓柱形管上，厚度略超過(guò)預(yù)期的核燃料包殼管壁厚；拋光沉積物的表面，隨后通過(guò)在堿性溶液中溶解來(lái)去除鋁合金圓柱形管；然后將獨(dú)立的氧化物彌散強(qiáng)化鋼圓形管進(jìn)行熱處理，以達(dá)到退火和致密化沉積物的目的。

本發(fā)明所述一種氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)采用鋁合金圓柱形管作為基底心軸。

(2)將待噴涂鋁合金圓柱形管表面進(jìn)行噴砂粗糙處理和清潔處理。

(3)根據(jù)待制備材料的配比稱(chēng)取原料，經(jīng)團(tuán)聚燒結(jié)而制成的混合粉末，選取粒度范圍為250～350目的混合粉末。

(4)將步驟(3)中得到的混合粉末送入噴涂設(shè)備的送粉器內(nèi)，利用噴涂技術(shù)在步驟(2)的預(yù)處理鋁合金圓柱形管表面進(jìn)行噴涂。

(5)將步驟(4)中得到的噴涂沉積物表面從320目碳化硅砂紙開(kāi)始逐漸研磨，最后用1500目碳化硅砂紙磨拋。

(6)將步驟(5)中得到的噴涂產(chǎn)品，完全去除所有鋁合金圓柱形管，并留下獨(dú)立的氧化物彌散強(qiáng)化鋼圓形管。

(7)將步驟(6)中得到的獨(dú)立的氧化物彌散強(qiáng)化鋼圓形管在充有氬氣的石英管中，進(jìn)行后續(xù)熱處理，所得到的材料為氧化物彌散強(qiáng)化鋼核燃料包殼管。