CN111014650B - 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

Info

Publication number
CN111014650B
CN111014650B CN201911155494.XA CN201911155494A CN111014650B CN 111014650 B CN111014650 B CN 111014650B CN 201911155494 A CN201911155494 A CN 201911155494A CN 111014650 B CN111014650 B CN 111014650B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder
iron
tungsten
based powder
gamma rays
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911155494.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111014650A (zh
Inventor
马书旺
吕政�
王健
杨剑
杨志民
梁秋实
甘斌
陈富财
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd filed Critical GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN201911155494.XA priority Critical patent/CN111014650B/zh
Publication of CN111014650A publication Critical patent/CN111014650A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111014650B publication Critical patent/CN111014650B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B22F1/0003—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/02—Amorphous alloys with iron as the major constituent
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/08—Metals; Alloys; Cermets, i.e. sintered mixtures of ceramics and metals
    • G21F1/085—Heavy metals or alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

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 (4)

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%~40%，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；所述粉末在核辐射屏蔽工程应用领域中作为粉末填充物、屏蔽材料接缝、管道内的填充物，有效屏蔽γ射线和中子泄漏；
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；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；
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。
2.根据权利要求1所述一种屏蔽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。
3.根据权利要求1所述一种屏蔽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c步骤中雾化介质为惰性气体或水。
4.根据权利要求3所述一种屏蔽γ射线和中子的高含钨非晶态球形铁基粉末，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氮气。
CN201911155494.XA 2019-11-22 2019-11-22 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 Active CN111014650B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911155494.XA CN111014650B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911155494.XA CN111014650B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111014650A CN111014650A (zh) 2020-04-17
CN111014650B true CN111014650B (zh) 2022-08-23

Family

ID=70202082

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911155494.XA Active CN111014650B (zh) 2019-11-22 2019-11-22 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111014650B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112002453B (zh) * 2020-09-07 2022-06-28 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
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
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

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

Also Published As

Publication number Publication date
CN111014650A (zh) 2020-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111014650B (zh) 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
CN103600075B (zh) 一种粉末冶金无钴铁基合金及其制备方法
CN106868381B (zh) 一种涂层用多主元合金粉末及其制备方法
CN103993201B (zh) 一种用于制备镍基非晶复合涂层的合金粉末及其制备方法
CN106378459A (zh) 一种高硼不锈钢中子吸收材料及其制备方法
CN113798487B (zh) 一种Fe基球形屏蔽合金粉末及其制备方法
CN102248171A (zh) 氧过饱和铁基合金粉末的气体雾化制备方法
CN103545079A (zh) 双主相含钇永磁磁体及其制备方法
CN103394700B (zh) 生产锡青铜粉的预合金扩散法
CN102925730A (zh) 一种钒铝合金的生产方法
WO2022148060A1 (zh) 一种高熵铸铁及其制备方法
CN106834891A (zh) 一种钛铁合金的制备方法
CN106834880B (zh) 一种钛铁合金的制备方法
CN110172614B (zh) 一种制备钐钴合金的方法
CN106811677A (zh) 一种活塞镶圈铸铁材料及其制造方法
CN112374472B (zh) 一种氮化钛包覆Ti2O3复合Al2O3材料及其制备方法
EP3855459A1 (en) Sintered magnet manufacturing method and sintered magnet
CN110438281B (zh) 一种不含Si的稀土镁合金球化剂及其制备方法与应用
CN103924103A (zh) 一种金属钼的生产工艺
CN100348761C (zh) 一种P－Si中间合金及其制备方法
JPS61157646A (ja) 希土類合金の製造方法
CN1176770C (zh) 一种还原轧钢铁鳞和铁精矿制备合金铁粉的方法
CN101787474B (zh) 镁基耐热阻尼合金材料及其制备方法
CN105256260A (zh) 一种提高铝基非晶合金强度的方法
CN105316562A (zh) 一种使用稀土废料制备钢铁添加剂的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant