CN116536539A - 一种铅基合金及其制备工艺和应用 - Google Patents
一种铅基合金及其制备工艺和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116536539A CN116536539A CN202310433532.3A CN202310433532A CN116536539A CN 116536539 A CN116536539 A CN 116536539A CN 202310433532 A CN202310433532 A CN 202310433532A CN 116536539 A CN116536539 A CN 116536539A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lead
- alloy
- stirring
- temperature
- furnace
- 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.)
- Pending
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 86
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 46
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 claims description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims description 5
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 239000011133 lead Substances 0.000 abstract description 34
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000000941 radioactive substance Substances 0.000 description 2
- 229910000978 Pb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000003031 high energy carrier Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C11/00—Alloys based on lead
-
- 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
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种铅基合金及其制备工艺和应用，涉及铅基合金技术领域，所述铅基合金由以下重量百分比的组分制备而成：铝8～9%，银0.005～0.008%，铜0.5～0.65%，硅1～1.3%，其余为铅。本发明在使用铅作为合金主体，保留防辐射的基本特性的同时，本发明利用铝、银、铜、硅和铅各组分协同作用，在有效降低耗材用量，并降低合金密度，减轻合金制得的防辐射设备的重量的基础上，大幅度地提高了合金的机械强度，提升了合金的硬度，从而提高了合金的铸造性能，并通过对合金的导电性能的极大增强，实现了合金的防辐射性能的大幅度提升。
Description
技术领域
本发明涉及铅基合金技术领域，具体地来说，涉及一种铅基合金及其制备工艺和应用。
背景技术
放射性物质在现代社会的应用领域不断扩大，伴随而来的是，众多的实验室、检测装置、探测仪器和放射性物质物料仓库都存在明显的辐射污染；此外，不但是高辐射化学元素，如高压电源、变压器等高能量载体同样存在外辐射，人体长时间受到辐射作用会有不可医治的病患。目前市面上主要用铅金属制备防辐射设备的外部件（如实验室检验设备的箱体、变压器的箱体等）来抑制辐射，而科学验证，依靠铅来屏蔽辐射至少需要3-4mm厚度以上的铅板才能实现，不仅耗材用量大以致成本大大提高，还使得屏蔽物壁过于笨重，不利于建筑施工，也不方便后期的保养更换；此外，因铅板硬度过低，加工时极易变形，不利于合金的加工铸造。
现有技术中相关针对具备防辐射效果的铅基合金的研究，如专利申CN102220515A核辐射屏蔽制品材料铅合金棒及其生产方法等，其均可利用铅与其它金属组分协同作用，在使合金具备防辐射效果的同时，一定程度上降低耗材用量，并减轻合金制得的屏蔽制品的重量，但现有技术的制备效率和安全性有待提升，且现有技术仍然存在着制得的合金的硬度一般的问题，这使得合金的铸造性能仍然一般，同时，现有技术制得的合金的防辐射性能仍然也一般。
为此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅基合金及其制备工艺和应用，以解决上述背景技术提出的现有技术的制备效率和安全性有待提升，且现有技术仍然存在着制得的合金的硬度一般的问题，这使得合金的铸造性能仍然一般，同时，现有技术制得的合金的防辐射性能仍然也一般的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种铅基合金，由以下重量百分比的组分制备而成：铝8～9%，银0.005～0.008%，铜0.5～0.65%，硅1～1.3%，其余为铅，其中，所述铅为铅含量≥99.994%的电解铅，所述银为纯度≥99.9%的工业用银，所述铝为纯度≥99.9%的电解铝，所述铜为纯度≥99.95%的铜粉，所述硅为单晶硅粉。
第二方面，本发明提供了上述铅基合金的制备方法，包括以下步骤：
S1、向合金炉内投入配方量的铅后，先预设高温并升温，再在降低设定温度并继续升温的同时，搅拌并除去铅渣，其中，搅拌的频率为24～26Hz，搅拌的时间为8～12min；
S2、待温度稳定后，向合金炉内投入配方量的铝后，向炉内抽负压的同时搅拌，其中，抽负压的设备为空压机，搅拌的频率为18～22Hz，搅拌的时间为8～12min；
S3、向合金炉内投入配方量的银后，保持炉内负压状态的同时，搅拌，其中，搅拌的频率为18～22Hz，搅拌的时间为8～12min；
S4、升温至一定温度，并保持负压状态，待温度稳定后，停止抽负压的同时，向合金炉内投入配方量的铜和硅，并降速搅拌，其中，升温后的温度为1080～1100℃，降速搅拌的具体操作流程为：先将搅拌的频率降至5～8Hz，并以此频率搅拌3～3.5h后，再将搅拌的频率降至2～4Hz，并搅拌0.8～1.2h；
S5、在搅拌状态下，将合金液注入模具中，冷却制备成铅锭；
进一步的，步骤S1的具体操作流程如下：向合金炉内投入配方量的铅后，将温度设定为800～900℃，当炉内温度升至500～550℃时，将温度设定为600～650℃，同时加入木炭，开启搅拌，搅拌后捞取铅渣。
第三方面，本发明提供了铅基合金在制备防辐射设备中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的铅基合金由8～9%铝、0.005～0.008%银、0.5～0.65%铜、1～1.3%硅和余量铅组成，在使用铅作为合金主体，保留防辐射的基本特性的同时，本发明利用铝、银、铜、硅和铅各组分协同作用，在有效降低耗材用量，并降低合金密度，减轻合金制得的防辐射设备的重量的基础上，大幅度地提高了合金的机械强度，提升了合金的硬度，从而提高了合金的铸造性能，并通过对合金的导电性能的极大增强，在防辐射性能与导电性能成正比的情形下，实现了合金的防辐射性能的大幅度提升；
2.本发明在铅基合金的制备过程中先预设高温并升温，再降低设定温度并继续升温，有效地提高了升温速度，从而使得制备效率得以有效提高，在此基础上，本发明在各组分添加完成后降速搅拌，在炉内合金流动性降低，硬度上升的情形下，实现了对合金炉的保护，提升了制备过程的安全性；
3.本发明在铅基合金的制备过程中，严格控制炉内温度和铝、银、铜、硅和铅各组分的添加时机，使炉内温度与铝、银、铜、硅和铅各组分的添加时机互相配合，在保证合金各组分充分熔融并混合均匀的同时，有效减少合金各组分的烧损，从而进一步提升合金的铸造性能和防辐射性能；
4.本发明的铅基合金的组分中，铜选择为纯度≥99.95%的铜粉，硅选择为单晶硅粉，粉末状的组分的添加，使得合金各组分可以充分融合，从而进一步保证了合金的铸造性能和防辐射性能，而在铜粉和单晶硅粉添加后降速搅拌的设置，有效地防止了粉末飞扬的情形的出现，从而进一步保证了制备过程的安全性。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述。
本发明的原料为市售原料。
实施例1
铅基合金的制备：
S1、按铝（Al）8%、银（Ag）0.005%、铜（Cu）0.5%、硅（Si）1%、以及铅（Pb）90.495%进行配料，其中，铅为铅含量≥99.994%的电解铅，银为纯度≥99.9%的工业用银，铝为纯度≥99.9%的电解铝，铜为纯度≥99.95%的铜粉，硅为（超细）单晶硅粉；
S2、向合金炉（20t锅炉）内投入18250kg的电解铅后，将温度设定为800～900℃，当炉内温度升至500～550℃时，将温度设定为600～650℃，同时加入木炭，开启搅拌，以24～26Hz的频率搅拌8～12min后，捞取铅渣；
S3、待温度稳定后，向合金炉内投入1625kg电解铝（电解铝提前切割成小块）后，关闭炉盖并打开空压机将炉内抽成负压状态以防止电解铝氧化，同时，以18～22Hz的频率搅拌8～12min；
S4、向合金炉内投入1040g工业用银后，保持炉内负压状态的同时，以18～22Hz的频率搅拌8～12min；
S5、升温至1080～1100℃，升温的同时保持负压状态，待温度稳定后关闭空压机，向合金炉内投入100.5kg铜粉和201kg单晶硅粉，以5～8Hz的频率搅拌3～3.5h后，将搅拌的频率降至2～4Hz，搅拌0.8～1.2h；
S6、在搅拌状态下，将合金液注入模具中，冷却制备成铅锭。
制合金后化验分析得Al含量8.0075%，Ag含量0.0052%，Cu含量0.509%，Si含量1.075%，余量为铅。
实施例2
铅基合金的制备：
本实施例的制备方法与实施例1一致，仅原料添加量不同，即：电解铅18250kg、电解铝1800kg、工业用银1600g、铜粉130.5kg、单晶硅粉261kg。
制合金后化验分析得Al含量8.8871%，Ag含量0.0079%，Cu含量0.6418%，Si含量1.2775%，余量为铅。
实施例3
铅基合金的制备：
本实施例的制备方法与实施例1一致，仅原料添加量不同，即：电解铅18250kg、电解铝1715kg、工业用银1300g、铜粉115.5kg、单晶硅粉231kg。
制合金后化验分析得Al含量8.5102%，Ag含量0.0064%，Cu含量0.579%，Si含量1.147%，余量为铅。
将实施例1～3制备的铅基合金，均按照如下方法进行防辐射测试：
先用铅基合金制成5块边长为2m，厚度1.5mm的正方形合金板，再将5块合金板焊接成箱体，扣置在X射线发生装置上，使X射线发生装置处于箱体中心，整个箱体置于X射线防护室内，X射线装置的电压设置为150kV，在箱体外距离箱壁30cm处用市售的辐射检测仪检测。
检测结果如下：实施例1～3制备的铅基合金的辐射剂量当量率均≤2.5μSv/h，满足《GBZ 117—2022工业探伤放射防护标准》的防护要求。
由此，综上所述，本发明制备的铅基合金在硬度得到有效提升的同时，具有极好的防辐射性能。
Claims (10)
1.一种铅基合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分制备而成：铝8～9%，银0.005～0.008%，铜0.5～0.65%，硅1～1.3%，其余为铅。
2.根据权利要求1所述的一种铅基合金，其特征在于，所述铅为铅含量≥99.994%的电解铅，所述银为纯度≥99.9%的工业用银，所述铝为纯度≥99.9%的电解铝，所述铜为纯度≥99.95%的铜粉，所述硅为单晶硅粉。
3.权利要求1～2任一项所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向合金炉内投入配方量的铅后，先预设高温并升温，再在降低设定温度并继续升温的同时，搅拌并除去铅渣；
S2、待温度稳定后，向合金炉内投入配方量的铝后，向炉内抽负压的同时搅拌；
S3、向合金炉内投入配方量的银后，保持炉内负压状态的同时，搅拌；
S4、升温至一定温度，并保持负压状态，待温度稳定后，停止抽负压的同时，向合金炉内投入配方量的铜和硅，并降速搅拌；
S5、在搅拌状态下，将合金液注入模具中，冷却制备成铅锭。
4.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤S1的具体操作流程如下：向合金炉内投入配方量的铅后，将温度设定为800～900℃，当炉内温度升至500～550℃时，将温度设定为600～650℃，同时加入木炭，开启搅拌，搅拌后捞取铅渣。
5.根据权利要求4所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，
步骤S1中，搅拌的频率为24～26Hz，搅拌的时间为8～12min。
6.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤S2中，抽负压的设备为空压机，搅拌的频率为18～22Hz，搅拌的时间为8～12min。
7.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤S3中，搅拌的频率为18～22Hz，搅拌的时间为8～12min。
8.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤S4中，升温后的温度为1080～1100℃。
9.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤S4中，降速搅拌的具体操作流程为：先将搅拌的频率降至5～8Hz，并以此频率搅拌3～3.5h后，再将搅拌的频率降至2～4Hz，并搅拌0.8～1.2h。
10.权利要求1～2任一项所述的一种铅基合金在制备防辐射设备中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310433532.3A CN116536539A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种铅基合金及其制备工艺和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310433532.3A CN116536539A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种铅基合金及其制备工艺和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116536539A true CN116536539A (zh) | 2023-08-04 |
Family
ID=87451562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310433532.3A Pending CN116536539A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种铅基合金及其制备工艺和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116536539A (zh) |
-
2023
- 2023-04-21 CN CN202310433532.3A patent/CN116536539A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2010239014B2 (en) | High-elongation rate aluminum alloy material for cable and preparation method thereof | |
| JP5189229B1 (ja) | 高純度ランタンの製造方法、高純度ランタン、高純度ランタンからなるスパッタリングターゲット及び高純度ランタンを主成分とするメタルゲート膜 | |
| TWI511926B (zh) | High purity lanthanum, a high purity lanthanum, a sputtering target composed of high purity lanthanum, and a metal gate film having a high purity lanthanum as a main component | |
| CN104313400B (zh) | 一种碳化硼铝基复合材料及中子吸收板 | |
| JP5469042B2 (ja) | アルカリ金属アマルガムからアルカリ金属を電気的に製造する方法 | |
| US1814719A (en) | Ductile thorium and method of making the same | |
| CN102528066B (zh) | 一种超细高纯铪粉及其制备方法和应用 | |
| CN116536539A (zh) | 一种铅基合金及其制备工艺和应用 | |
| CN114182118A (zh) | 一种锆铌中间合金材料及其制备方法 | |
| CN109722564A (zh) | Ti-6242钛合金及其制备方法 | |
| CN110205506A (zh) | 一种低活化多主元合金及其制备方法 | |
| CN103276267A (zh) | 稀土锆合金与稀土镁锆合金及其制备方法 | |
| DE69403409T2 (de) | Schmelzverfahren von verschiedenen radioaktiven festen Abfällen | |
| CN106636703A (zh) | 一种高Mo含量U基合金的熔炼制备方法 | |
| RU2303303C1 (ru) | Способ переработки облученного ядерного топлива | |
| CN103194649A (zh) | 一种高强度Zr-Al-Sn系列合金及其制备方法 | |
| Stel'makhovych et al. | The ytterbium-copper-aluminium system | |
| Hansen | Dispersion-Strengthened Aluminium Powder Products for Nuclear Application | |
| KR101711808B1 (ko) | 세슘화합물의 제거율이 높은 전해환원공정용 연료파편 제조 방법 | |
| CN112921361A (zh) | 一种钇铝中间合金及其制备方法 | |
| CN108251688A (zh) | 具有优异回复性能的高导热Pb-Li-Na铅锂合金 | |
| US3403058A (en) | Process for preventing blistering of nickel metal containing dispersed refractory oxide particles | |
| CN115433881B (zh) | 一种含Eu铁基中子吸收材料及其制备方法和应用 | |
| CN115572859B (zh) | 一种钛基中子吸收材料及其制备方法 | |
| CN114959335B (zh) | 镁铅系合金材料、制备方法及电池 |
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 |