CN106591766A - 一种涂层具有中子屏蔽效果的电弧喷涂管状丝材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涂层具有中子屏蔽效果的电弧喷涂管状丝材，可用于各类反应堆、加速器、同位素放射源等领域的中子屏蔽。其特征是在不锈钢带内填充氧化硼、石墨、碳化硅、钛白粉、棕刚玉、锂辉石、硼化钛、镍粉、铝粉、硅铁为原料的粉末后，经轧制、拉拔制作成φ2.0‑3.0mm的管状丝材。利用该丝材形成的电弧喷涂涂层，相比于传统的含氢有机涂层，具有耐温高、成型速度快，工艺简单，屏蔽性能好、抗辐照性强、力学性能佳、制造成本低廉等优点。

Description

一种涂层具有中子屏蔽效果的电弧喷涂管状丝材
技术领域
本发明涉及一种涂层具有中子屏蔽效果的电弧喷涂管状丝材，用于各类反应堆、加速器、同位素放射源等领域的中子屏蔽。
背景技术
近年来，核能和核技术的应用得到了迅猛发展，核电、核武器、核动力船舶、辐照加工、无损检测、放射治疗、农业育种等产业的快速发展，高能辐射射线已广泛应用于工业、医疗、科研、军事、农业等多个领域，由此带来的辐射安全与防护问题越来越引起人们的关注。反应堆产生的辐射中，中子虽然不带电荷，但具有很强的穿透力，它在空气和其它物质中，可以传播更远的距离，对人体产生的危害比相同剂量的x射线更为严重。
常用的中子屏蔽材料有水、石墨、聚乙烯、混凝土等低原子序数或含氢量高的材料。传统的、单一的屏蔽材料屏蔽效果有限，需要大量的屏蔽材料才能实现预期的屏蔽效果，且传统的中子屏蔽材料己无法完全满足核动力舰船或可移动式放射源的防护要求，如铅有毒，对中子屏蔽效果差;混凝土体积大且难以移动;硼元素的热中子吸收性能会随着与中子反应而递减，含氢量高的材料耐温性能差等。因此，为了满足由此带来的挑战，研发无毒性、高密度、屏蔽效果好、机械性能优良的新型防辐射材料己成为当前研发的重点。
目前核辐射屏蔽材料的发展趋势是采用复合型屏蔽材料，具体来说是在基体材料中添加增强相粒子、功能粒子等以提高材料的强度、韧性、耐热、抗辐照以及屏蔽性等多方面性能，进而获得高性能的核辐射屏蔽材料。
但复合型屏蔽材料通常较厚，不能实时涂覆在被保护的工件及设施上，因此制备一种超薄防护中子辐射的屏蔽涂层，有很广阔的应用前景。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种涂层具有中子屏蔽效果的电弧喷涂管状丝材。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明的丝材在不锈钢带内装填有下述重量份的粉体原料，经轧制、拉拔制作成管状丝材：
氧化硼30-40，石墨10-15，碳化硅8-13，钛白粉7-11，棕刚玉7-11、锂辉石6-10、硼化钛5-9、铝粉4-8、硅铁2-5。
粉体原料内还包括有镍粉。
在本发明是通过下列方式制作的：
选择合适的金属或合金粉末组分及配比，混合各种粉末，然后把混合好的粉末加到具有一定形状的U型不锈钢带中，通过轧机使其成为搭接合缝，然后拉拔到适当的外径规格。
上述管状丝材，其特征在于所述的钢带内装填原料的粉末其填充比为0.35-0.40，丝材直径为φ2.0-3.0mm。
使用本发明研制的材料在经过喷砂粗化后的金属或陶瓷基体上按照现有技术中的电弧喷涂工艺参数进行施工，得到的涂层可使快中子减速并吸收慢中子，因此具有显著的中子屏蔽效果，特别是对热中子更为显著。
由于采用上述管状丝材，从而使本发明与已有技术相比具有如下特点及效果：
a)采用薄涂层作屏蔽材料堆积密度大，可以提高生产效率，减少被保护工件及设施的占用空间；
b)电弧喷涂涂层耐高温，牢固；使用温度可达500℃。
c)原材料成本低廉；
d)能够成型制作异性体、适于组装，屏蔽材料施工方便，并可反复喷涂操作。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述：
实施例1
取氧化硼32，石墨11，碳化硅8，钛白粉9，棕刚玉8、锂辉石7、硼化钛5、铝粉5、硅铁3。将上述重量份的粉料混合物，粉料混合物还包括有镍粉，用V型混粉机搅拌后，加到具有一定形状的U型316不锈钢带中，填充率36%，经轧制、拉拔制作成φ2.0mm的管状丝材，采用电弧喷涂设备，在未经喷砂的Q235钢板上喷涂0.5-2mm厚的涂层，冷却后，剥开涂层，检测其中子屏蔽效果：快中子(能量为1MeV) 慢中子(能量为1KeV)，热中子(能量为0.2eV)。见表1。
表1为实验涂层对中子的屏蔽性能。
实施例2
取氧化硼35，石墨12，碳化硅9，钛白粉10，棕刚玉7、锂辉石6、硼化钛6、铝粉5、硅铁3。将上述重量份的粉料混合物，粉料混合物还包括有镍粉，用V型混粉机搅拌后，加到具有一定形状的U型316不锈钢带中，填充率38%，经轧制、拉拔制作成φ2.4mm的管状丝材，采用电弧喷涂设备，在经金刚砂喷砂且厚度为3mm的Q235钢板和φ25×50mm圆柱上喷涂0.5-2mm厚涂层，冷却后检测涂层结合强度，并连同钢板整体检测其中子屏蔽效果：快中子(能量为1MeV)慢中子(能量为1KeV)，热中子(能量为0.2eV)。见表2。
表2为实验涂层对中子的屏蔽性能及结合强度。
实施例3
取氧化硼30，石墨10，碳化硅8，钛白粉7，棕刚玉9、锂辉石8、硼化钛7、铝粉4、硅铁2。将上述重量份的粉料混合物，粉料混合物还包括有镍粉，用V型混粉机搅拌后，加到具有一定形状的U型316不锈钢带中，填充率40%，经轧制、拉拔制作成φ2.8mm的管状丝材，采用电弧喷涂设备，在经金刚砂喷砂且厚度为3mm的Q235钢板和φ25×50mm圆柱上喷涂0.5-2mm厚涂层，冷却后检测涂层结合强度，并连同钢板整体检测其中子屏蔽效果：快中子(能量为1MeV)慢中子(能量为1KeV)，热中子(能量为0.2eV)。
实施例4
取氧化硼40，石墨15，碳化硅13，钛白粉11，棕刚玉11、锂辉石10、硼化钛9、铝粉8、硅铁5。将上述重量份的粉料混合物，粉料混合物还包括有镍粉，用V型混粉机搅拌后，加到具有一定形状的U型316不锈钢带中，填充率35%，经轧制、拉拔制作成φ3mm的管状丝材，采用电弧喷涂设备，在经金刚砂喷砂且厚度为3mm的Q235钢板和φ25×50mm圆柱上喷涂0.5-2mm厚涂层，冷却后检测涂层结合强度，并连同钢板整体检测其中子屏蔽效果：快中子(能量为1MeV) 慢中子(能量为1KeV)，热中子(能量为0.2eV)。

Claims (3)

1.一种涂层具有中子屏蔽效果的电弧喷涂管状丝材，其特征在于：在丝材不锈钢带内装填有下述重量份的粉体原料，经轧制、拉拔制作成管状丝材：
氧化硼30-40，石墨10-15，碳化硅8-13，钛白粉7-11，棕刚玉7-11、锂辉石6-10、硼化钛5-9、铝粉4-8、硅铁2-5。
2.根据权利要求1所述的涂层具有中子屏蔽效果的电弧喷涂管状丝材，其特征在于：所述的钢带内装填原料的粉末其填充比为0.35-0.40，丝材直径为φ2.0-3.0mm。
3.根据权利要求1所述的涂层具有中子屏蔽效果的电弧喷涂管状丝材，其特征在于：粉体原料内还包括有镍粉。
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