CN111394622A - 一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111394622A CN111394622A CN202010252326.9A CN202010252326A CN111394622A CN 111394622 A CN111394622 A CN 111394622A CN 202010252326 A CN202010252326 A CN 202010252326A CN 111394622 A CN111394622 A CN 111394622A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum
- neutron shielding
- titanium diboride
- composite material
- based titanium
- 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.)
- Granted
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 48
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 24
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 23
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 23
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 claims description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 claims description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 21
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000007712 rapid solidification Methods 0.000 abstract description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229940075613 gadolinium oxide Drugs 0.000 description 3
- 229910001938 gadolinium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 2
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 239000002915 spent fuel radioactive waste Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000748 Gd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
-
- 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
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- 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
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
-
- 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
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
- C22C1/1047—Alloys containing non-metals starting from a melt by mixing and casting liquid metal matrix composites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
- C22C32/0073—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only borides
-
- 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
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/20—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by extruding
- B22F2003/208—Warm or hot extruding
-
- 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
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法，涉及金属材料技术领域；复合材料中镁的质量分数区间为1‑20wt％，Gd的质量分数区间为0.1‑20wt％，TiB2的质量分数区间为1‑20wt％，余量为铝。的制备方法包括如下步骤：A、将Al‑Mg‑Gd(TiB2)原料熔炼得到铸锭；B、将铸锭雾化喷粉得到粉末；C、将粉末放电等离子烧结得到烧结态的样品；D、将烧结态的样品热挤压得到用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料。通过快速凝固等工艺，在复合材料中形成了弥散分布、具有较强中子吸收能力的纳米相，该制备方法在大幅提升中子屏蔽性能的同时保证了材料优良的机械性能，实现了材料的结构功能一体化。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，涉及一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法，尤其涉及一种轻质高强的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法。
背景技术
核电站乏燃料储存格架中存在很强的中子辐射，随着核电站的发展，对于中子辐射的防护成为急待解决的问题；为了防止核辐射，常采用中子吸收材料及技术进行屏蔽和保护，这对中子吸收材料的性能提出了极其严格的要求。目前国内国际最常见的轻质高强中子屏蔽材料为Al/(B4C、BW2)等一系列铝基复合材料。
公开号为CN105803267B的中国发明专利公开了一种屏蔽中子和γ射线的核反应堆用铝基复合材料及制备方法。该发明复合材料采用纯铝作为基体材料，屏蔽组分为钨和碳化硼；其中钨的质量百分比为20％～70％；碳化硼的质量百分比为1％～10％；余量为铝和不可避免的杂质。但其中子屏蔽性能依赖于大体积分数的B4C或BW2等相，由于这些中子吸收相与集体之间的共格性不好，加入量过多时会降低材料的机械性能。
公开号为CN108060313B的中国发明专利公开了一种铝基氧化钆中子吸收板的制备方法，是针对核电站乏燃料储存格架中子辐射屏蔽的保护要求，采用铝粉、氧化钆粉、铜粉为原料，经粉末冶金制坯、轧制，制成致密的铝基氧化钆中子吸收板。其通过加入小体积分数Gd或者含Gd化合物来减少B4C等吸收相的体积分数，但是由于含Gd相的粗大、团聚等一系列缺点，使得中子屏蔽性能和机械性能提升都不明显甚至有所下降。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料，所述的复合材料中镁的质量分数区间为1wt％-20wt％，Gd的质量分数区间为0.1wt％-20wt％，TiB2的质量分数区间为1wt％-20wt％，余量为铝。
Mg质量分数较低时，材料强度较低，质量分数过高时材料塑韧性下降，加工性能下降；Gd质量分数低时对中子吸收性能提升不明显，过高时产生粗大含Gd相，危害力学性能；TiB2质量分数低时，材料强度低，质量分数过高时材料塑韧性下降，加工性能下降。
优选地，所述的复合材料中镁的质量分数为6wt％，Gd的质量分数为1wt％，TiB2的质量分数为8wt％-11.8wt％，余量为铝。
一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将Al-Mg-Gd(TiB2)原料熔炼得到铸锭；
B、将步骤A得到的铸锭雾化喷粉得到粉末；
C、将步骤B得到的粉末放电等离子烧结得到烧结态的样品；
D、再将步骤C中得到的烧结态的样品热挤压得到用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料。
优选地，所述步骤A具体包括：将纯Al、Al-TiB2高纯母料，纯Mg和Al-Gd中间合金加入坩埚中，在600℃-1000℃的熔化温度下将其完全熔化，然后将流体抽真空，再进行过滤和浇铸，最后进行空冷得到铸锭。
合金成分有差异时熔化温度有差异，温度过低会导致无法全部熔化，会危害力学性能，温度过高则会导致Mg或其他组元的烧损，也会危害力学性能。
优选地，所述步骤B具体包括：将步骤A得到的铸锭放入坩埚中，在熔化温度下保持5min-120min，使铸锭完全熔化成为流体，将熔化的流体加入喷射雾化设备中，快速流动的氮气会打碎流体得到细小的小液滴，然后小液滴冷却形成粉末。保温时间过短，无法全部熔化，危害力学性能，时间过长则导致浪费能源。
优选地，所述熔化温度为780℃，在熔化温度下保持30min。
优选地，所述步骤C具体包括：将步骤B所得粉末填充到内径为10mm-100mm的石墨模具中，在放电等离子体烧结设备中进行烧结。按照10℃/min-500℃/min间的升温速率将温度升到300℃-900℃，单轴压力为10MPa-200MPa之间，烧结1min-15min得到烧结态的样品。
升温速率低导致在高温环境烧结过长时间，材料组织粗大，力学性能下降；升温速率过高导致热传导不均匀，材料组织出现不均匀性导致力学性能和屏蔽性能下降；温度过低导致烧结体致密度差，力学性能下降；温度过高则导致材料组织粗大，力学性能下降；烧结时间短使得致密度较差，力学性能下降；烧结时间过长导致材料组织粗大，力学性能下降。
优选地，所述石墨模具内径为40mm，所述放电等离子体烧结设备为FCT H-HPD 25烧结设备，升温速率为100℃/min升温至480℃，单轴压力50MPa，烧结时间5min。
优选地，所述步骤D具体包括：将步骤C得到的烧结态的样品车到比石墨模具内径小0.1mm-1mm，然后放置在相应的刚模具中，升温到250℃-600℃，然后在5:1到60:1挤压比和0.1mm/s-5mm/s的挤压速率下进行热挤压即得用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料。
温度过低导致挤压过程中材料难以挤出，出现开裂等危害力学性能的现象；温度过高则导致材料组织粗大，力学性能下降；挤压比小时，形变对力学性能提升不足；挤压比过大时导致无法挤出或开裂，力学性能下降；挤压速率低时，形变对力学性能提升不足；挤压速率过大时导致开裂，力学性能下降。
优选地，烧结态的样品车到直径比石墨模具内径小0.5mm，升温到450℃，在16:1的挤压比和0.8mm/s的挤压速率下进行热挤压。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)通过快速凝固等工艺，在复合材料中形成了弥散分布、具有较强中子吸收能力的纳米相，该制备方法在大幅提升中子屏蔽性能的同时保证了材料优良的机械性能，实现了材料的结构功能一体化；
(2)通过采用雾化喷粉的工艺，将相应成分的复合材料制备成粉末，从而将传统Al-Gd合金/复合材料中粗大的针状或片层状含Gd相转变为纳米尺度含Gd相，提升了材料的力学性能和中子屏蔽性能；
(3)通过采用SPS烧结的工艺，短时间的快速烧结有效保留了粉末中的快速凝固特征，从而得到了晶粒细小，第二相分散的致密烧结样品，为后续工艺进一步提高材料性能提供了保障；
(4)通过采用热挤压的工艺，将烧结样中的中子吸收相(强化相)进一步分散细化，同时提升材料的致密度，也提高了材料的中子屏蔽性能和机械性能。
附图说明：
图1为本发明实施例1用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料应变性能测试结果示意图；
图2为本发明实施例1用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料屈服强度、延伸率、抗拉强度测试结果示意图。
具体实施方式
以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明：
实施例1
一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料，其中镁的质量分数为6wt％，Gd的质量分数为1wt％，TiB2的质量分数为8wt％，余量为铝。
该复合材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将纯Al、Al-TiB2高纯母料，纯Mg和Al-Gd中间合金加入坩埚中，在800℃的熔化温度下将其完全熔化，然后将流体抽真空，再进行过滤和浇铸，最后进行空冷得到铸锭。
B、将步骤A得到的铸锭放入坩埚中，在熔化温度下保持60min，使铸锭完全熔化成为流体，将熔化的流体加入喷射雾化设备中，快速流动的氮气会打碎流体得到细小的小液滴，然后小液滴冷却形成粉末。
C、将步骤B所得粉末填充到内径为500mm的石墨模具中，在放电等离子体烧结设备中进行烧结。按照300℃/min间的升温速率将温度升到600℃，单轴压力为100MPa，烧结8min得到烧结态的样品。
D、将步骤C得到的烧结态的样品车到比石墨模具内径小0.5mm，然后放置在相应的刚模具中，升温到450℃，然后在30:1挤压比和3mm/s的挤压速率下进行热挤压即得用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料。
实施例2
一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料，其中镁的质量分数为6wt％，Gd的质量分数为1wt％，TiB2的质量分数为11.8wt％，余量为铝。
该复合材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将纯Al、Al-TiB2高纯母料，纯Mg和Al-Gd中间合金加入坩埚中，在600℃的熔化温度下将其完全熔化，然后将流体抽真空，再进行过滤和浇铸，最后进行空冷得到铸锭。
B、将步骤A得到的铸锭放入坩埚中，在熔化温度下保持120min，使铸锭完全熔化成为流体，将熔化的流体加入喷射雾化设备中，快速流动的氮气会打碎流体得到细小的小液滴，然后小液滴冷却形成粉末。
C、将步骤B所得粉末填充到内径为10mm的石墨模具中，在放电等离子体烧结设备中进行烧结。按照500℃/min的升温速率将温度升到900℃，单轴压力为10MPa，烧结15min得到烧结态的样品。
D、将步骤C得到的烧结态的样品车到比石墨模具内径小0.1mm，然后放置在相应的刚模具中，升温到600℃，然后在60:1挤压比和0.1mm/s的挤压速率下进行热挤压即得用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料。
实施例3
一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料，其中镁的质量分数为1wt％，Gd的质量分数为20wt％，TiB2的质量分数为1wt％，余量为铝。
该复合材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将纯Al、Al-TiB2高纯母料，纯Mg和Al-Gd中间合金加入坩埚中，在1000℃的熔化温度下将其完全熔化，然后将流体抽真空，再进行过滤和浇铸，最后进行空冷得到铸锭。
B、将步骤A得到的铸锭放入坩埚中，在熔化温度下保持5min，使铸锭完全熔化成为流体，将熔化的流体加入喷射雾化设备中，快速流动的氮气会打碎流体得到细小的小液滴，然后小液滴冷却形成粉末。
C、将步骤B所得粉末填充到内径为100mm的石墨模具中，在放电等离子体烧结设备中进行烧结。按照10℃/min的升温速率将温度升到300℃，单轴压力为200MPa，烧结1min得到烧结态的样品。
D、将步骤C得到的烧结态的样品车到比石墨模具内径小1mm，然后放置在相应的刚模具中，升温到250℃，然后在5:1挤压比和5mm/s的挤压速率下进行热挤压即得用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料。
实施例4：
一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料，其中镁的质量分数为20wt％，Gd的质量分数为0.1wt％，TiB2的质量分数为20wt％，余量为铝。
该复合材料的制备方法，包括如下步骤：
A、将纯Al、Al-TiB2高纯母料，纯Mg和Al-Gd中间合金加入坩埚中，在800℃的熔化温度下将其完全熔化，然后将流体抽真空，再进行过滤和浇铸，最后进行空冷得到铸锭。
B、将步骤A得到的铸锭放入坩埚中，在熔化温度下保持60min，使铸锭完全熔化成为流体，将熔化的流体加入喷射雾化设备中，快速流动的氮气会打碎流体得到细小的小液滴，然后小液滴冷却形成粉末。
C、将步骤B所得粉末填充到内径为500mm的石墨模具中，在放电等离子体烧结设备中进行烧结。按照300℃/min间的升温速率将温度升到600℃，单轴压力为100MPa，烧结8min得到烧结态的样品。
D、将步骤C得到的烧结态的样品车到比石墨模具内径小0.5mm，然后放置在相应的刚模具中，升温到450℃，然后在30:1挤压比和3mm/s的挤压速率下进行热挤压即得用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料。
测试方法：GB/T228.1-2010(屈服强度，抗拉强度和延伸率)：在拉伸机(Zwick/Roell)上，使用10-4s-1的应变速率进行单轴拉伸。
测试结果如图1和图2所示。图1为本发明实施例1用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料应变性能测试结果示意图；图2中Rp0.2为屈服强度，Agt为延伸率，抗拉强度为RB，其中1、2号即为实施例1样品的性能。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料，其特征在于，所述的复合材料中镁的质量分数区间为1wt％-20wt％，Gd的质量分数区间为0.1wt％-20wt％，TiB2的质量分数区间为1wt％-20wt％，余量为铝。
2.根据权利要求1所述的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料，其特征在于，所述的复合材料中镁的质量分数为6wt％，Gd的质量分数为1wt％，TiB2的质量分数为8wt％-11.8wt％，余量为铝。
3.一种根据权利要求1或2所述的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、将Al-Mg-Gd(TiB2)原料熔炼得到铸锭；
B、将步骤A得到的铸锭雾化喷粉得到粉末；
C、将步骤B得到的粉末放电等离子烧结得到烧结态的样品；
D、再将步骤C中得到的烧结态的样品热挤压得到用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料。
4.根据权利要求1所述的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
将纯Al、Al-TiB2高纯母料，纯Mg和Al-Gd中间合金加入坩埚中，在600℃-1000℃的熔化温度下将其完全熔化，然后将流体抽真空，再进行过滤和浇铸，最后进行空冷得到铸锭。
5.根据权利要求1所述的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：
将步骤A得到的铸锭放入坩埚中，在熔化温度下保持5min-120min，使铸锭完全熔化成为流体，将熔化的流体加入喷射雾化设备中，快速流动的氮气会打碎流体得到细小的小液滴，然后小液滴冷却形成粉末。
6.根据权利要求5所述的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述熔化温度为780℃，在熔化温度下保持30min。
7.根据权利要求1所述的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：
将步骤B所得粉末填充到内径为10mm-100mm的石墨模具中，在放电等离子体烧结设备中进行烧结。按照10℃/min-500℃/min间的升温速率将温度升到300℃-900℃，单轴压力为10MPa-200MPa之间，烧结1min-15min得到烧结态的样品。
8.根据权利要求7所述的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨模具内径为40mm，所述放电等离子体烧结设备为FCT H-HPD 25烧结设备，升温速率为100℃/min升温至480℃，单轴压力50MPa，烧结时间5min。
9.根据权利要求1所述的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：
将步骤C得到的烧结态的样品车到比石墨模具内径小0.1mm-1mm，然后放置在相应的刚模具中，升温到250℃-600℃，然后在5:1到60:1挤压比和0.1mm/s-5mm/s的挤压速率下进行热挤压即得用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料。
10.根据权利要求9所述的用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料的制备方法，其特征在于，烧结态的样品车到直径比石墨模具内径小0.5mm，升温到450℃，在16:1的挤压比和0.8mm/s的挤压速率下进行热挤压。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010252326.9A CN111394622B (zh) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | 一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010252326.9A CN111394622B (zh) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | 一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111394622A true CN111394622A (zh) | 2020-07-10 |
| CN111394622B CN111394622B (zh) | 2021-04-13 |
Family
ID=71434784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010252326.9A Active CN111394622B (zh) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | 一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111394622B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113737044A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-12-03 | 西安交通大学 | 一种易变形钆/碳化硼/铝中子吸收材料及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1989262A (zh) * | 2004-04-22 | 2007-06-27 | 艾尔坎国际有限公司 | 包含硼的铝材料的改进的中子吸收效率 |
| CN109811173A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-28 | 清华大学深圳研究生院 | 一种TiB2-Al复合材料的制备方法及TiB2-Al复合材料 |
| RU2693580C1 (ru) * | 2018-10-24 | 2019-07-03 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Способ получения нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с диборидом титана |
-
2020
- 2020-04-01 CN CN202010252326.9A patent/CN111394622B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1989262A (zh) * | 2004-04-22 | 2007-06-27 | 艾尔坎国际有限公司 | 包含硼的铝材料的改进的中子吸收效率 |
| RU2693580C1 (ru) * | 2018-10-24 | 2019-07-03 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" АО "НПО "ЦНИИТМАШ" | Способ получения нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с диборидом титана |
| CN109811173A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-05-28 | 清华大学深圳研究生院 | 一种TiB2-Al复合材料的制备方法及TiB2-Al复合材料 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113737044A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-12-03 | 西安交通大学 | 一种易变形钆/碳化硼/铝中子吸收材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111394622B (zh) | 2021-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107363262B (zh) | 一种高纯致密球形钛锆合金粉末的制备方法及应用 | |
| JP3570727B2 (ja) | 中性子の遮蔽に応用される金属マトリックス組成物 | |
| CN112391556B (zh) | 一种双峰晶粒尺寸、双尺度纳米相强化的高强高导Cu-Cr-Nb合金 | |
| KR101285561B1 (ko) | 미립자화된 피코 규모의 복합재 알루미늄 합금 및 그 제조 방법 | |
| KR20070024535A (ko) | 붕소함유 알루미늄 재료에 의한 중성자 흡수 방법 | |
| CN110819839A (zh) | 一种高熵合金增强的镁基复合材料及其制备方法 | |
| CN103194629B (zh) | 一种钨钼铜复合材料的制备方法 | |
| CN111349805B (zh) | 一种高温结构功能一体化Mg(Al)B2和B4C共增强铝基中子吸收材料及其制备方法 | |
| CN102304653A (zh) | 一种高塑性双相含钇的镁锂铝合金及其制备方法 | |
| CN111910113A (zh) | 含硼颗粒增强钨铝合金复合屏蔽材料及其制备方法 | |
| CN110408833A (zh) | 一种NbTaTiZr高熵合金及其粉末的制备方法 | |
| CN111394622B (zh) | 一种用于中子屏蔽的铝基二硼化钛复合材料及其制备方法 | |
| CN114774727B (zh) | 纳米二氧化锆增强NbMoTaW难熔高熵合金的制备方法 | |
| US11219949B2 (en) | Method for promoting densification of metal body by utilizing metal expansion induced by hydrogen absorption | |
| CN107952966A (zh) | 球形钛铝基合金粉末的制备方法 | |
| KR100764902B1 (ko) | 우라늄 알루미나이드 핵연료 및 이의 제조방법 | |
| Song et al. | Synthesis of Ti/TiB composites via hydrogen-assisted blended elemental powder metallurgy | |
| CN110512130B (zh) | 一种超大规格高性能钼合金板材及其制备方法 | |
| CN112941367A (zh) | 一种纳米氧化物弥散增强耐热锆合金及其制备方法 | |
| CN116445763B (zh) | 一种室温塑性钛铝铌系合金及其制备方法 | |
| US3690963A (en) | Compactible fused and atomized metal powder | |
| CN114799155B (zh) | 陶瓷颗粒强化难熔高熵合金的制备方法 | |
| CN113564400B (zh) | 一种聚变堆用纳米氧化物弥散强化铜合金的制备方法 | |
| CN102888572B (zh) | 锆基金属玻璃多相复合材料及其制备方法 | |
| CN114589305B (zh) | 一种快中子反应堆用钼合金的制造方法 |
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 |