CN111014650A - 一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末及其制备方法 - Google Patents

一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于核辐射屏蔽工程应用技术领域的一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末及其制备方法,所述铁基粉末中钨元素的质量百分比为25%~55%,硼元素的质量百分比为:1%~3%,Si、Al以及不可避免的杂质质量百分比为0~0.1%,余量为铁。本发明所述粉末在制备过程中降低了合金熔化温度,有效避免了粉末内部元素的偏析现象,并且粉末的形状为非晶态类球形,流动性良好,振实密度高,在核辐射屏蔽工程应用领域中可以作为粉末填充物实现对γ射线和中子的屏蔽。

Description

一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末及其制 备方法
技术领域
本发明属于核辐射屏蔽工程应用技术领域,尤其涉及一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末及其制备方法。
背景技术
随着核技术的推广应用,核辐射屏蔽问题的研究也受到广泛重视。反应堆产生的辐射中,危害最大的是穿透力大的γ射线和中子。
目前广泛应用的核反应堆屏蔽材料包括重晶石或铁矿石的混凝土、硼钢和铅硼聚乙烯等。但上述材料由于加工能力所限在实际应用中会产生接缝、管道局部区域屏蔽泄漏等工程化应用问题。其有效解决办法是通过采用屏蔽性能好、一致性高和流动性好的粉末填充屏蔽泄漏区域,更好地满足屏蔽系统的应用需求。
目前现有技术中采用水雾化法制备的Fe-W-B合金粉末的原子比为:Fe90W5B5,粉末中所含W和B的百分比较少,W、B元素以固溶体形式固溶于α-Fe中。此外,在所制得的雾化粉末的应用领域,现有技术制备的低W、B含量Fe-W-B合金粉末主要用于等离子喷涂。
发明内容
针对上述问题,本发明提出了一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末及其制备方法。
一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末,所述铁基粉末中钨元素的质量百分比为25%~55%,硼元素的质量百分比为:1%~3%,Si、Al以及不可避免的杂质质量百分比为0~0.1%,余量为铁。
所述铁基粉末的物相结构为非晶态,粉末的形状为类球形,粉末流动性良好,振实密度大于6g/cm3
一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末的制备方法,包括以下步骤:
a、按成分配比称取原料;
b、将原料混合加热至熔化,得到熔融状态的合金;
c、将熔融状态的合金进行雾化喷粉;
d、收集雾化喷粉得到的粉末并进行筛分处理,得到雾化粉末。
所述a步骤中,原料由纯铁、硼铁合金、钨铁合金、铁硅合金、铁硅铝合金、硅铝合金以及纯铝金属或化合物中的三种或三种以上组成。
所述b步骤中,加热条件为真空状态,加热温度为1700℃~1900℃,加热方式为电磁感应加热,通过电磁搅拌实现熔液的成分均匀性。
所述c步骤中雾化介质为惰性气体或水,
所述惰性气体为氩气或氮气。
本发明的有益效果在于:
1.本发明采用雾化法制备高含钨非晶态球形铁基粉末,所述粉末屏蔽组元含量高、其振实密度高,并且大于6g/cm3
2.本发明涉及一种核辐射屏蔽领域用球形铁基粉末,所述粉末在核辐射屏蔽工程应用领域中可以作为粉末填充物、屏蔽材料接缝、管道内的填充物,可有效屏蔽γ射线和中子泄漏,对核辐射屏蔽材料的丰富拓展具有重要的意义。
3.现有技术采用水雾化法能够制备低W含量的Fe-W-B合金粉末,但若制备W含量大的高密度粉末,需要大幅提高熔化温度,显著增加雾化工艺的难度,甚至常规加热体、熔体坩埚和雾化喷嘴等不能满足使用要求。本发明通过科学调配B、W和Fe等元素的含量,有效降低了熔化温度,满足了雾化法制备W和B含量高并且密度大的粉末的限制条件,制备出了高钨含量的雾化粉末。
4.本发明所述粉末,由于W和B含量高,且添加了Si、Al等促进非晶化形成元素,在雾化过程的急冷条件下能够满足非晶态粉末形成的过冷度条件,制备得到的粉末物相结构为非晶态,有效避免了粉末内部元素的偏析现象,保证了粉末成分的均匀性。
附图说明
图1为本发明所述高含钨非晶态球形铁基粉末的XRD谱图;
图2为本发明所述高含钨非晶态球形铁基粉末的SEM微观形貌照片;
具体实施方式
本发明所述铁基粉末中的W和B的含量高,显著高于α-Fe对W和B的固溶度范围,不能形成α-Fe固溶体,其平衡相组织主要为Fe7W6和Fe2B等金属间化合物。由于W和B含量高,且添加了Si、Al等促进非晶化形成元素,在雾化过程的急冷条件下能够满足非晶态粉末形成的过冷度条件,得到的雾化粉末为非晶态,各元素原子呈现长程无序结构。现有技术采用水雾化法能够制备低W含量的Fe-W-B合金粉末,但若制备W含量大的高密度粉末,需要大幅提高熔化温度,显著增加雾化工艺的难度,甚至常规加热体、熔体坩埚和雾化喷嘴等不能满足使用要求。本发明通过科学调配B、W和Fe等元素的含量,使母合金成分趋近共晶点范围,有效降低了熔化温度,满足了制备W和B含量高并且密度大的粉末的限制条件,制备出了高钨含量的雾化粉末。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
实施例1
配置雾化用原料,按照W含量25%,B含量为1%,Si含量为0.05%,Al含量为0.05%,余量为Fe的成分配比分别称量纯铁、硼铁合金、钨铁合金和硅铝合金,总重量为6kg。将上述合金块放入雾化熔炼炉中的Al2O3坩埚中,抽真空,采用电磁加热方式加热原料至1700℃,使合金块全部熔化,然后采用氩气进行雾化喷粉,收集粉末及筛分处理,得到雾化粉末。
该雾化粉末的物相结构为非晶态,粉末的形状为类球形,粉末流动性良好,振实密度大于6g/cm3
实施例2
配置雾化用原料,按照W含量55%,B含量为3%,余量为Fe的成分配比分别称量纯铁、硼铁合金、钨铁合金,总重量为6kg。将上述合金块放入雾化熔炼炉中的Al2O3坩埚中,抽真空,采用电磁加热方式加热原料至1900℃,使合金块全部熔化,然后采用氩气进行雾化喷粉,收集粉末及筛分处理,得到雾化粉末。
该雾化粉末的物相结构为非晶态,粉末的形状为类球形,粉末流动性良好,振实密度大于7g/cm3
实施例3
配置雾化用原料,按照W含量50%,B含量为2%,余量为Fe的成分配比分别称量纯铁、硼铁合金、钨铁合金,总重量为6kg。将上述合金块放入雾化熔炼炉中的Al2O3坩埚中,抽真空,采用电磁加热方式加热原料至1800℃,使合金块全部熔化,然后采用氩气进行雾化喷粉,收集粉末及筛分处理,得到雾化粉末。
该雾化粉末的物相结构为非晶态,粉末的形状为类球形,粉末流动性良好,振实密度大于7g/cm3
实施例4
配置雾化用原料,按照W含量50%,B含量为2%,Si含量为0.1%,余量为Fe的成分配比分别称量纯铁、硼铁合金、钨铁合金,铁硅合金,总重量为6kg。将上述合金块放入雾化熔炼炉中的Al2O3坩埚中,抽真空,采用电磁加热方式加热原料至1800℃,使合金块全部熔化,然后采用氩气进行雾化喷粉,收集粉末及筛分处理,得到雾化粉末。
该雾化粉末的物相结构为非晶态,粉末的形状为类球形,粉末流动性良好,振实密度大于7g/cm3
实施例5
配置雾化用原料,按照W含量40%,B含量为1%,Si含量为0.02%,Al含量为0.05%,余量为Fe的成分配比分别称量纯铁、硼铁合金、钨铁合金,硅铝合金,总重量为6kg。将上述合金块放入雾化熔炼炉中的Al2O3坩埚中,抽真空,采用电磁加热方式加热原料至1800℃,使合金块全部熔化,然后采用氩气进行雾化喷粉,收集粉末及筛分处理,得到雾化粉末。
该雾化粉末的物相结构为非晶态,粉末的形状为类球形,粉末流动性良好,振实密度大于6g/cm3

Claims (7)

1.一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末,其特征在于,所述铁基粉末中钨元素的质量百分比为25%~55%,硼元素的质量百分比为:1%~3%,Si、Al以及不可避免的杂质质量百分比为0~0.1%,余量为铁。
2.根据权利要求1所述的一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末,其特征在于,所述铁基粉末的物相结构为非晶态,粉末的形状为类球形,粉末流动性良好,振实密度大于6g/cm3
3.根据权利要求1所述的一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、按成分配比称取原料;
b、将原料混合加热至熔化,得到熔融状态的合金;
c、将熔融状态的合金进行雾化喷粉;
d、收集雾化喷粉得到的粉末并进行筛分处理,得到雾化粉末。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述a步骤中,原料由纯铁、硼铁合金、钨铁合金、铁硅合金、铁硅铝合金、硅铝合金以及纯铝金属或化合物中的三种或三种以上组成。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述b步骤中,加热条件为真空状态,加热温度为1700℃~1900℃,加热方式为电磁感应加热,通过电磁搅拌实现熔液的成分均匀性。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述c步骤中雾化介质为惰性气体或水。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述惰性气体为氩气或氮气。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112002453A (zh) * 2020-09-07 2020-11-27 成都赐进金属材料有限公司 一种抗辐射的复合球及其制备方法
CN113235012A (zh) * 2021-04-25 2021-08-10 四川大学 一种高强韧Fe基合金屏蔽材料及其制备方法
CN113798487A (zh) * 2021-08-27 2021-12-17 四川大学 一种新型Fe基球形屏蔽合金粉末及其制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101343708A (zh) * 2008-09-04 2009-01-14 沈阳铸造研究所 一种非难熔的钨合金
CN101353771A (zh) * 2008-09-09 2009-01-28 沈阳铸造研究所 一种钨基非晶合金
CN101441915A (zh) * 2008-09-17 2009-05-27 安泰科技股份有限公司 一种非晶软磁合金涂层及其制备方法
CN105441765A (zh) * 2016-01-05 2016-03-30 河南科技大学 弹用高比重钨合金及其制备方法
CN105803267A (zh) * 2014-12-29 2016-07-27 北京有色金属研究总院 屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料及制备方法
CN108172359A (zh) * 2017-11-28 2018-06-15 嘉兴长维新材料科技有限公司 球形铁基非晶合金粉末及其制备方法和在制备非晶磁粉芯中的应用
CA3051184A1 (en) * 2017-01-27 2018-08-02 Jfe Steel Corporation Soft magnetic powder, fe-based nanocrystalline alloy powder, magnetic component and dust core
CN109402477A (zh) * 2018-12-20 2019-03-01 有研工程技术研究院有限公司 屏蔽高剂量γ射线和热中子的铝基复合材料及制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101343708A (zh) * 2008-09-04 2009-01-14 沈阳铸造研究所 一种非难熔的钨合金
CN101353771A (zh) * 2008-09-09 2009-01-28 沈阳铸造研究所 一种钨基非晶合金
CN101441915A (zh) * 2008-09-17 2009-05-27 安泰科技股份有限公司 一种非晶软磁合金涂层及其制备方法
CN105803267A (zh) * 2014-12-29 2016-07-27 北京有色金属研究总院 屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料及制备方法
CN105441765A (zh) * 2016-01-05 2016-03-30 河南科技大学 弹用高比重钨合金及其制备方法
CA3051184A1 (en) * 2017-01-27 2018-08-02 Jfe Steel Corporation Soft magnetic powder, fe-based nanocrystalline alloy powder, magnetic component and dust core
CN108172359A (zh) * 2017-11-28 2018-06-15 嘉兴长维新材料科技有限公司 球形铁基非晶合金粉末及其制备方法和在制备非晶磁粉芯中的应用
CN109402477A (zh) * 2018-12-20 2019-03-01 有研工程技术研究院有限公司 屏蔽高剂量γ射线和热中子的铝基复合材料及制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112002453A (zh) * 2020-09-07 2020-11-27 成都赐进金属材料有限公司 一种抗辐射的复合球及其制备方法
CN113235012A (zh) * 2021-04-25 2021-08-10 四川大学 一种高强韧Fe基合金屏蔽材料及其制备方法
CN113235012B (zh) * 2021-04-25 2021-12-17 四川大学 一种高强韧Fe基合金屏蔽材料及其制备方法
CN113798487A (zh) * 2021-08-27 2021-12-17 四川大学 一种新型Fe基球形屏蔽合金粉末及其制备方法
CN113798487B (zh) * 2021-08-27 2022-07-08 四川大学 一种Fe基球形屏蔽合金粉末及其制备方法
WO2023025280A1 (zh) * 2021-08-27 2023-03-02 四川大学 一种Fe基球形屏蔽合金粉末及其制备方法

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