[發(fā)明專(zhuān)利]一種核屏蔽用富鏑鎳鎢合金材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211071009.2
• 申請(qǐng)日: 2022-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115418530A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇;梅其良;肖學(xué)山;丁謙學(xué);李聰;潘杰;黃小林;石悠;付亞茹;高靜;彭超;毛蘭方;高圣欽;朱自強(qiáng);黎輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C19/05
• 分類(lèi)號(hào): C22C19/05;C22C1/02;C22C27/04;C22C30/00;C22F1/10;C22F1/18;B21C37/02;B21C37/04;G21F1/08
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種核屏蔽用富鏑鎳鎢基合金材料及其制備方法，屬于核能特種合金材料技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)鎳、鉻、鎢、鏑合金化原理，在鎳基奧氏體合金真空感應(yīng)熔煉過(guò)程中，加入合適比例的鎳、鉻、鎢、鏑可制備得到高鏑和高鎢含量耐腐蝕性能優(yōu)良的鎳鎢合金材料，該材料主要由奧氏體和沿奧氏體晶界分布的(Ni,Cr,W)₅Dy金屬間化合物組成。本發(fā)明富鏑鎳鎢合金材料具有強(qiáng)度高、耐腐蝕和加工成型性?xún)?yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，可作為中子和光子協(xié)同屏蔽功能結(jié)構(gòu)一體化材料使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核能特種合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核屏蔽用富鏑鎳鎢合金材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源的需求逐漸增加，傳統(tǒng)的化石能源面臨著枯竭。核能是一種能量密度高、潔凈、低碳的能源，是保障國(guó)家能源安全、促進(jìn)節(jié)能減排的重要手段，大力發(fā)展核能已成為能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃的戰(zhàn)略重點(diǎn)。在核反應(yīng)堆堆芯，當(dāng)易裂變同位素的濃度降到無(wú)法維持既定功率時(shí)，堆芯中的燃料變成乏燃料后需要卸出。隨著大部分的乏燃料因?yàn)楣ぷ髂晗薜狡诒缓穗娬拘冻觯奄A存水池容量日近飽和，因此乏燃料的去向處理問(wèn)題成為了全球的難題。核反應(yīng)堆卸出的乏燃料具有極強(qiáng)的放射性，伴有一定的中子和光子釋放，并伴隨放出熱量。乏燃料組件從反應(yīng)堆卸出后，一般在乏燃料水池貯存一定時(shí)間后外運(yùn)至離堆貯存設(shè)施貯存，或直接運(yùn)往后處理廠處理、處置。通常每臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)核電機(jī)組每年可卸出25噸乏燃料。

另一方面，隨著可移動(dòng)小型核反應(yīng)堆的發(fā)展，“減重減容”需求對(duì)于屏蔽材料提出了更高的輕量化和高效化的要求，而中子和光子的“協(xié)同屏蔽”和屏蔽材料的“結(jié)構(gòu)/功能一體化”是“減重減容”需求的重要發(fā)展方向。目前廣泛使用的中子屏蔽材料是硼鋼，近年已能連鑄生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6％B和1.0％B 的奧氏體不銹鋼，其強(qiáng)度高、耐蝕性?xún)?yōu)良、吸收中子能力良好。但是，硼在不銹鋼中的溶解度低，過(guò)量的硼加入會(huì)析出硼化物(Fe,Cr)₂B，導(dǎo)致熱延性大大降低，難以熱加工更高硼含量的硼鋼。且B₄C/Al中子吸收材料存在工藝復(fù)雜、 B₄C與Al嚴(yán)重的界面反應(yīng)、耐腐蝕以及老化等問(wèn)題。含硼聚乙烯、鉛硼聚乙烯等高分子中子吸收材料存在耐腐蝕、耐高溫以及老化等問(wèn)題。其次B₄C/Al 材料和高分子中子吸收材料等在外層需要不銹鋼板支撐才能作為結(jié)構(gòu)材料使用，這大大限制了這些中子吸收材料的運(yùn)用和發(fā)展。此外，目前對(duì)中子和光子的屏蔽一般都是分開(kāi)制造再結(jié)合使用，如在中子屏蔽材料后加上鉛板或者其他高原子序數(shù)、高密度材料來(lái)屏蔽光子以達(dá)到中子和光子協(xié)同屏蔽的效果，但這對(duì)于優(yōu)化空間布局和“減重減容”需求是十分不利的。

此外，對(duì)于“減重減容”需求，屏蔽材料除了具有優(yōu)異的中子和光子協(xié)同屏蔽功能，還需要優(yōu)異的力學(xué)性能、耐高溫等以滿(mǎn)足作為結(jié)構(gòu)材料的要求。因此急需開(kāi)發(fā)一種生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、易加工的新型的中子和光子協(xié)同屏蔽結(jié)構(gòu)功能一體化材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種核屏蔽用富鏑鎳鎢合金材料及其制備方法。本發(fā)明制備的核屏蔽用富鏑鎳鎢合金材料的相容性好，強(qiáng)度高、塑韌性好、抗腐蝕、耐輻照，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，易加工，可作為結(jié)構(gòu)/功能一體化材料用作反應(yīng)堆乏燃料的貯運(yùn)和小型移動(dòng)核反應(yīng)堆的輻射屏蔽等，具有優(yōu)異的熱加工性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造采用如下發(fā)明構(gòu)思：

核輻射屏蔽材料的主要作用是吸收或減弱中子和光子。對(duì)于中子，由于經(jīng)過(guò)壓力殼和密封倉(cāng)后，大部分中子已被慢化為熱中子或超熱中子，此類(lèi)中子需要熱中子吸收截面較大的材料進(jìn)行有效吸收而不至于溢出，對(duì)于光子，需要高密度材料或者高原子序數(shù)元素以達(dá)到屏蔽效果。