FR2805828A1 - Alliage a base d'aluminium contenant du bore et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

Alliage à base d'aluminium contenant du bore et son procédé de fabrication, ledit alliage présentant de bonnes propriétés mécaniques (telles qu'une résistance au fluage et une résistance mécanique à haute température) pendant une longue durée et ayant également une capacité d'absorption des neutrons en raison de la présence de bore a l'intérieur sous la forme d'un composé sans ségrégation.L'alliage contient 0, 5 à 10 % en masse de bore avec une composition en éléments isotopiques satisfaisant la relation de 10 B / (10 B + 11 B) >= 30 %, ledit bore étant présent sous la forme d'un composé de bore qui possède une taille de 300 m ou moins. L'alliage est obtenu par fusion à une température dépassant 950degreC et en coulant à une température dans la gamme de 800degreC à 950degreC, d'une manière telle que le métal à l'état fondu est maintenu pendant 60 à 1 800 secondes jusqu'à ce qu'il se refroidisse de 950degreC à la température de coulée.

Description

La présente invention se rapporte à un alliage à base d'aluminium contenant du bore ayant une capacité d'absorp tion des neutrons et une capacité pour maintenir la sous- criticité d'assemblages de combustible qui est efficace pour un matériau structurel (matériau de panier) pour un emballage de transport (château) destiné au transport de combustible nucléaire épuisé ou un château de stockage et analogues, et son procédé de fabrication.

Un combustible nucléaire épuisé doit être stocké de façon stable pendant une longue durée sans la possibilité de retour à l'état critique et de fuite de radiations. A cette fin, on a effectué diverses investigations dans le concept et le matériau de panier de ces châteaux. I1 est nécessaire qu'un tel matériau ait une capacité de protection et d'absorption des neutrons et qu'il refroi disse efficacement le combustible épuisé. Le combustible épuisé a une température aussi élevée que 100 C à 300 C, et le combustible épuisé nécessite un. stockage pendant une longue durée (plusieurs dizaines d'années). En conséquence, le matériau de panier pour un château doit être fait à partir d'un matériau qui conserve une résistance au fluage et des propriétés mécaniques à des hautes températures.

Un matériau classique d'utilisation générale pour le matériau de panier destiné à un château de transport et un château de stockage est un alliage à base d'aluminium contenant du bore qui est considéré comme étant supérieur en capacité de protection et d'absorption des neutrons. On a réalisé des tentatives pour protéger les propriétés physiques et mécaniques d'origine de l'alliage à base d'aluminium des effets défavorables engendrés par le bore contenu dans celui-ci pour une protection et une absorption des neutrons.

Par exemple, le bore ajouté à un alliage à base d'aluminium contenant du magnésium en tant que constituant forme un composé intermétallique avec le magnésium qui cristallise et- précipite, diminuant ainsi la quantité de magnésium sous forme de solution solide, avec en consé quence la diminution de la résistance mécanique de l'alliage à base d'aluminium. Un procédé pour aborder ce problème a été décrit dans le brevet japonais mis à l'inspection du public n 312043/1989. Ce procédé implique l'addition sous la forme de poudre, d'un composé AlB12 exempt de magnésium, de façon à supprimer la réaction entre le bore et le magnésium, empêchant ainsi une diminution possible de résistance mécanique due à la formation de ces composés intermétalliques. De plus, le brevet japonais mis à l'inspection du public n 312044/1989 décrit un autre procédé dans lequel un traitement à l'état fondu est réalisé dans une zone de température élevée de 1 200 C ou plus, afin de restreindre une réaction entre B et Mg en ajoutant du bore sous la forme de poudre. En outre, le brevet japonais mis à l'inspection du public n 333542/1992 décrit un procédé de production d'un alliage à base d'aluminium contenant du bore qui possède une faible viscosité et, donc, est supérieur en coulabilité. Ce procédé implique de faire réagir KBF14 avec Al dans une gamme de températures de 680 C à 850 C et ultérieurement d'ajouter une petite quantité de K2TiF6 dans les masses fondues d'alliage A1-B contenant le cristal AlB2 produit. De cette façon, il est possible d'éliminer une viscosité élevée des masses fondues et d'améliorer la coulabilité.

Les présents inventeurs ont réalisé des investigations pour le développement de l'alliage à base d'aluminium contenant du bore susmentionné. Un résultat de ces études a été décrit dans le brevet U.S. n 5925313. Cet alliage à base d'aluminium contenant du bore décrit, qui possède une capacité améliorée d'absorption des neutrons, est carac térisé en ce qu'il contient une teneur en isotope 10B de 95 6 ou plus (satisfaisant la relation . lOB/(lOB + 11B) > 95 %. A l'origine, le bore possède une composition isotopique comprenant 10B et 11B, et l'isotope du bore qui possède une capacité d'absorption des neutrons supérieure est principalement 10B. En plus, l'alliage à base d'aluminium contient du bore sous la forme de AlB2 dispersé dans l'alliage, de sorte que l'alliage présente une capacité de protection aux neutrons stable et une capacité de recycler les chutes d'alliage.

Malheureusement, l'alliage à base d'aluminium conte nant du bore (ou aluminium contenant du bore) proposé jusqu'à présent souffre de l'inconvénient qu'il n'est pas capable de conserver sa résistance mécanique et sa résistance au fluage à haute température pendant une longue durée, qui sont des propriétés caractéristiques requises pour le matériau de panier destiné à un château pour stocker un combustible épuisé. Un autre inconvénient est que le matériau de panier (feuille ou tube allongé et analogues) comme un tout n'agit pas complètement pour absorber les neutrons du fait de la ségrégation micro scopique ou de la ségrégation due à la gravité dans le lingot.

La présente invention a été achevée au vu de ce qui précède. C'est un but de la présente invention de fournir un alliage à base d'aluminium contenant du bore et son procédé de fabrication, ledit alliage étant caractérisé par ses propriétés mécaniques (telles que résistance mécanique et résistance au fluage), qui durent pendant une longue durée et à hautes températures, et par sa capacité à absorber les neutrons et à conserver la sous-criticité des assemblages combustibles et, le bore restant sous la forme de composé dans l'alliage sans ségrégation.

La présente invention a trait à un alliage à base d'aluminium contenant du bore qui contient 0,5 à 10 % de bore avec une composition isotopique satisfaisant la rela tion : 10B/ (10B + 11B) > 30 %, ledit bore étant présent sous la forme d'un composé de bore qui possède une taille de 300 Mm ou inférieure.

La présente invention a également trait à un alliage à base d'aluminium contenant du bore qui contient 0,5 à 10 de bore avec une composition isotopique satisfaisant la relation : 1OB/(10B + 11B) > 30 %, ledit bore étant présent sous la forme d'un composé contenant de l'aluminium et du bore qui possède une taille de 300 Mm ou inférieure.

La présente invention a également trait à un alliage à base d'aluminium contenant du bore qui contient 0,5 à 10 % de bore avec une composition isotopique satisfaisant une relation : 1OB/(lOB + 11B) > 30 %, ledit bore étant présent sous la forme d'un composé contenant, en plus de l'alumi nium et du bore, au moins un élément choisi dans le groupe formé de Mg, Mn, Si et Cu, qui possède une taille de 300 Mm ou inférieure. Dans une forme de réalisation préférée, l'alliage à base d'aluminium contenant du bore contient du bore tel que les composés du bore (dans lesquels la teneur totale des éléments choisis dans le groupe composé de Mg, Mn, Si et Cu est de 0,01 à 50 % en atomes) représentent 50 % ou plus en proportion numérique dans la totalité des composés de bore.

La présente invention a également trait à un alliage à base d'aluminium contenant du bore, dans lequel la différence entre les valeurs maximale et minimale de la quantité de B de l'échantillon qui divise l'alliage en plusieurs, est de 1,0 % ou inférieure.

Le procédé de fabrication de la présente invention possède une particularité en ce que (1) la température de la masse fondue est régulée au-dessus de 950 C et la température de coulée se trouve dans la gamme de 800 C à 950 C, et la durée de maintien ou de refroidissement de 950 C à la température de coulée se trouve dans la gamme de 60 à 1 800 secondes, (2) la température de laminage à chaud ou de forgeage à chaud se trouve dans la gamme de 250 C à 600 C d'une façon telle que le taux de réduction par passe est de 40 % ou moins et la réduction totale est de 50 % ou plus, et (3) la température d'extrusion est dans la gamme de 400 C à 550 C. Si nécessaire, les trois exigences susmentionnées peuvent être combinées une avec une autre. [Par exemple, (1) + (2) ou (1) + (3) .] Le procédé sus mentionné impose que le composé de bore soit fin entaille, 300 p.m ou moins, et contribue donc à sa distribution uniforme dans l'alliage à base d'aluminium.

Afin de compléter la présente invention, les présents inventeurs ont réalisé une série de recherches qui les ont conduit à la découverte que l'alliage à base d'aluminium contenant du bore présente de bonnes résistance mécanique et résistance au fluage à haute température si le bore contenu satisfait la relation [11B/(lOB + 11B) supérieure à une certaine valeur] et si ses procédés de fusion, de coulée et de traitement à chaud (tels que laminage et extrusion) sont réalisés dans des conditions appropriées de sorte que le composé de bore dans l'alliage ne possède pas une taille supérieure à 300 gm.

La capacité d'absorption des neutrons d'un alliage à base d'aluminium contenant du bore est garantie même si elle dépend, dans une large mesure, du bore naturel (qui est une composition isotopique comprenant 20 % de 10B). Malheureusement, le bore dans l'alliage à base d'aluminium existe sous la forme de composé et la quantité de composé de bore augmente au fur et à mesure que la teneur en bore augmente. Ce composé de bore exerce une influence sur la baisse de la résistance mécanique et la résistance au fluage à haute température de l'alliage à base d'aluminium. En conséquence, il est nécessaire que la teneur en bore soit de 10 % ou moins dans l'alliage à base d'aluminium de la présente invention. Avec une teneur en bore supérieure à 10 %, l'alliage à base d'aluminium sera remarquablement médiocre en propriétés mécaniques. D'autre part, avec une teneur en bore inférieure à 0,5 %, l'alliage à base d'aluminium n'absorbera pas autant de neutrons que nécessaire même si tout le bore contenu est composé de 10B. Une façon de sortir de cette situation est d'augmenter l'épaisseur de la paroi du matériau de panier. Toutefois, ceci n'est pas pratique parce que le château devient de grande taille (ce qui n'est pas économique) et moins efficace en élimination de chaleur.

Pour les raisons susmentionnées, l'alliage à base d'aluminium contenant du bore de la présente invention devrait contenir du bore en une quantité de 0,5 à 10 %. Pour que l'alliage ait les mêmes propriétés mécaniques que l'alliage à base d'aluminium d'origine (avant de contenir du bore), la quantité de bore devrait être, de préférence, de 9 % ou moins.

Si une capacité de protection aux neutrons souhaitée doit être atteinte en contenant du bore naturel ayant une composition isotopique composée d'environ 20 % de 10B, il est nécessaire d'augmenter l'épaisseur de l'alliage à base d'aluminium contenant du bore ou d'augmenter la teneur en bore dans l'alliage. Cependant, de telles contre-mesures présentent les inconvénients susmentionnés. Ainsi, pour que l'alliage à base d'aluminium contenant du bore ait une capacité d'absorption des neutrons satisfaisante avec une teneur en bore de 0,5 % à 10 % qui n'a aucun effet néfaste sur ses propriétés mécaniques, il est nécessaire que la relation de 10B à la quantité totale de 10B et 11B soit de 30 % ou plus.

Si cette relation est inférieure à 30 %, l'alliage avec une épaisseur normale n'aura pas la capacité d'absorp tion des neutrons souhaitée. D'autre part, puisque le rapport augmente, l'alliage aura une capacité d'absorption des neutrons plus grande ; cependant, l'alliage en tant que composant structurel a besoin d'une certaine épaisseur. En plus, une grande teneur en 10B (qui est très cher) conduit à une augmentation du coût. En conséquence, le rapport de lOB/(lOB +<B>11E)</B> devrait être de préférence inférieur à 95 o.

Comme mentionné ci-dessus, la présente invention nécessite que la teneur en bore et le taux de 10B dans l'alliage à base d'aluminium contenant du bore devraient être maîtrisés correctement, de sorte que l'alliage résul tant possède une capacité d'absorption des neutrons appropriée et les mêmes propriétés mécaniques que l'alliage à base d'aluminium d'origine avant incorporation de bore. Toutefois, ces exigences ne sont pas suffisantes ; en fonction de l'état dans lequel le bore existe, l'alliage utilisé pour le matériau de panier peut ne pas avoir une capacité d'absorption des neutrons appropriée et les propriétés mécaniques nécessaires pour le stockage de combustible épuisé pendant une longue durée.

Pour que l'alliage à base d'aluminium contenant du bore reste stable, conserve de bonnes propriétés mécaniques (telles que résistance mécanique et résistance au fluage à haute température) pendant de longues durées, il est nécessaire que le composé contenant du bore dans l'alliage à base d'aluminium ait une taille de 300 Mm ou moins. La forme du composé de bore peut être volumineuse, en aiguille, en plaque, etc. Le terme "la taille du composé de bore" tel qu'utilisé dans cette description signifie la longueur maximale dans toute direction (sans tenir compte de l'épaisseur ou de la largeur). Le composé de bore plus grand que 300 Mm en taille affaiblira les propriétés mécaniques (telles que résistance mécanique et résistance au fluage à haute température) de l'alliage. I1 est souhaitable que le composé de bore soit uniformément dispersé du point de vue de l'absorption des neutrons. On peut réaliser facilement ce but si le composé de bore possède une taille de 300 Mm ou moins. Si la taille dépasse cette limite, l'alliage à base d'aluminium n'aura pas une capacité d'absorption des neutrons uniforme.

Le terme "composé de bore" tel qu'utilisé dans cette description signifie tous composés contenant du bore tels que AlB2, AlB12, TiB, CrB, FeB, B203 et BAC, qui ne sont pas spécifiquement limitatifs. Ces composés sont formés quand on ajoute du bore à la masse fondue d'alliage d'aluminium (bain de A1), ou ils peuvent être préalablement préparés à partir de matières brutes (sous forme de poudre) puis ajoutés au bain de A1. Il n'y a pas de limitation quant à leur nature. Incidemment, il n'est pas toujours nécessaire que l'ensemble des composés de bore aient une taille de 300 pm ou moins ; la présente invention produira ses effets si 80 % ou plus des composés de bore possèdent une taille de 300 um ou moins.

Les présents inventeurs ont étudié la relation entre le type du composé de bore et les propriétés mécaniques, en portant une attention spéciale aux composés Al-B (tels que AlB2 et AlB12) qui prédominent dans les composés de bore susmentionnés. En résultat, ils ont trouvé que la présente invention produit ses effets quand le composé possède la taille de 300 um ou moins.

De cette façon, il existe un procédé général pour ajouter les éléments d'alliage tels que Mg et Mn à l'alliage d'aluminium pour améliorer ses propriétés méca niques. Par exemple, le brevet japonais mis à l'inspection du public n 312043/1989 (mentionné ci-dessus) spécifie que la température de la masse fondue doit être supérieure à 1 200 C ou plus du fait que "les composés intermétriques A1-B-Mg sont formés à la température de masse fondue de 700 C à 800 C, ce qui entraîne une diminution de la résistance mécanique".

les présents inventeurs ont réalisé des études préala bles en ce qui concerne les éléments d'alliage contenus (tels que Mg et Mn) dans l'alliage à base d'aluminium. En résultat, ils ont trouvé que la présente invention produit ses effets même si les composés intermétalliques Al-B-Mg sont formés, s'ils sont extrêmement petits en taille dans des conditions strictes de fusion. Ils ont également trouvé que l'effet susmentionné est réalisé non seulement dans le cas des composés A1-B-Mg mais également dans le cas de composés de bore contenant au moins l'un quelconque de Mn, Si, Cu, etc. En d'autres termes, l'effet de la présente invention est réalisé quand on met en #uvre non seulement un alliage d'aluminium de la série 5000 ou de la série 6000 contenant Mg en tant qu'élément principal mais également un alliage d'aluminium de la série 3000 contenant Mn comme élément principal et un alliage d'aluminium de la série 2000 contenant Cu en tant qu'élément principal, si les composés de bore incluant de tels éléments d'alliage en eux-mêmes possèdent la taille spécifiée (300 jim ou moins) et le type spécifié (phase) des composés intermétriques.

Le composé de bore contenant au moins un des éléments d'alliage susmentionnés (par exemple, Mg, Mn, Si et Cu) varie dans la distribution du bore et en taille en fonction de son type. A son tour, ceci affecte la capacité d'absorption des neutrons et les caractéristiques à haute température de l'alliage résultant. Selon la présente invention, le type du composé devrait être de préférence tel que le composé de bore, dans lequel la quantité totale de ces éléments d'alliage est de 0,01 % à 50 % en atomes, compte pour 50 % ou plus (exprimé en nombre) de la quantité totale des composés de bore.

En d'autres termes, la présente invention produit ses effets quand le composé de bore est rendu plus petit, si la quantité totale des éléments d'alliage dans le composé de bore est de 0,01 % en atomes ou plus, de préférence, 0,1 % en atomes ou plus. Avec une teneur totale dépassant 50 % en atomes, les éléments d'alliage ne démontrent pas l'effet de renforcement du matériau parent et donc l'alliage résultant est médiocre en résistance mécanique à haute température. Une valeur de limite supérieure plus particulièrement préférée de la teneur totale des éléments d'alliage est d'environ 40 % en atomes.

Le composé de bore dans lequel la quantité totale des éléments d'alliage est de 0,01 à 50 % en atomes devrait compter pour 50 % ou plus en proportion numérique de la quantité totale des composés de bore, de sorte que l'effet de la présente invention, produit en fabriquant le composé de bore, le rende extrêmement petit en taille. Une limite inférieure préférée de ce rapport est d'environ 55 %.

La teneur en éléments d'alliage (une ou plusieurs espèces choisies parmi Mg, Mn, Si et Cu) dans le composé de bore et la proportion du composé de bore peuvent être déterminées en utilisant les techniques EPMA, SEM, FE-SEM, TEM, FE-TEM, etc. Pour une détermination précise, il est souhaitable de choisir plus de 100 échantillons.

L'alliage à base d'aluminium contenant du bore de la présente invention possède des propriétés mécaniques améliorées (telles que résistance mécanique et résistance au fluage à haute température) en raison de la taille et du type maîtrisés des composés de bore. Il est nécessaire que l'alliage dans sa totalité ait uniformément cet effet. En d'autres termes, quand l'alliage à base d'aluminium conte nant du bore est mis en oeuvre pour l'utilisation pratique, la teneur en bore devrait être uniforme d'un bout à l'autre dans le composant d'alliage. L'alliage à base d'aluminium contenant du bore de la présente invention implique que le composé du bore soit dispersé uniformément à l'intérieur et donc contienne du bore presque uniformément dans tout l'alliage. Pour une fiabilité meilleure et une conception plus efficace, il est nécessaire de maîtriser de façon appropriée la variation de la teneur en bore dans chaque partie du composant. L'alliage -à base d'aluminium contenant du bore de la présente invention est laminé, extrudé ou forgé selon l'utilisation. Quelque soit le procédé de traitement et la forme et la dimension, l'alliage devrait satisfaire l'exi gence que la différence soit de 1,0 . ou moins entre les valeurs maximale et minimale de la quantité de bore des échantillons qui divisent l'alliage en plusieurs: En ne satisfaisant pas cette exigence, on arrive à un alliage qui varie en capacité d'absorption des neutrons et en propriétés mécaniques. Un tel alliage nécessite d'augmenter l'épaisseur du composant fait à partir de celui-ci, et l'épaisseur du composant augmente le coût de production et rend médiocre l'efficacité d'élimination de chaleur. Ceci à son tour nécessite que le composant devrait avoir une résistance mécanique à haute température plus grande.

Le procédé de fabrication selon la présente invention est expliqué dans la suite. L'alliage à base d'aluminium contenant du bore de la présente invention devrait être fondu à 950 C ou au-dessus et coulé à une température de 800 C à 950 C. Le métal fondu devrait être maintenu pendant 60 à 1 800 secondes jusqu'à ce qu'il refroid_sse de 950 C à sa température de coulée.

Selon le procédé susmentionné, la température de la masse fondue devrait être de 950 C ou plus de sorte que le composé de bore ait une taille de 300 Mm ou moins et qu'il soit dispersé de façon aussi uniforme que possible. Pour une dispersion uniforme de bore ajouté, il est nécessaire que le bore ajouté soit fondu une fois dans 1a masse fondue d'aluminium à 950 C ou au-dessus. A une température de 950 C ou inférieure, le composé de bore ne fond pas dans l'alliage à base d'aluminium à l'état fondu mais reste dans une forme grossière dans le lingot, affectant de façon nuisible les propriétés mécaniques. La température de la masse fondue devrait être de préférence de 960 C ou supérieure. Dans le .cas où on l'ajoute, en tant que forme d'addition de la matière B, un type de poudre tel que TiB ou CrB, ici, la température de la masse fondue n'est pas nécessairement limitée à la température qui dépasse 950 C. Toutefois, une température supérieure possède une signifi cation technique avec ce point de vue, parce que l'on préfère fondre le bore dans la matière en poudre dans le bain d'aluminium à haute température.

La coulée qui suit la fusion devrait être réalisée à une température de 800 C à 950 C. Si la température de coulée est inférieure à 800 C, le lingot se solidifie en un temps court, ce qui contribue à une distribution uniforme en bore dans le lingot. D'autre part, l'inconvénient de la température de coulée basse est que le composé de bore croît et devient grand en taille avant que la température de coulée soit atteinte. Ceci entraîne une diminution de résistance mécanique et l'allongement. Au contraire, si la température de coulée est supérieure à 950 C, le lingot prend un temps plus long avant de se solidifier et donc le composé de bore sédimente et s'agrège (aboutissant à une distribution inhomogène du bore) bien que le composé de bore devienne petit en taille. La température de coulée devrait être de préférence aux environs de 820 C à sa limite inférieure et 930 C à sa limite supérieure.

Le bain en fusion d'alliage à base d'aluminium devrait être maintenu pendant une durée spécifiée avant de le refroidir de 950 C à la température de coulée, de façon à maîtriser efficacement la taille du composé de bore. Si cette durée est plus longue que spécifié, le composé de bore croît en taille. En d'autres termes, si cette durée est plus longue que 1 800 secondes, le composé de bore devient plus grand que 300 jim et l'alliage résultant est médiocre en propriétés mécaniques. D'autre part, il n'est pas nécessaire de démontrer que l'effet est stable pour une durée en dessous de 60 secondes. Cette durée devrait être de préférence- d'environ 120 secondes pour sa limite inférieure et d'environ 1 500 secondes pour sa limite supérieure.

La présente invention spécifie la température de la masse fondue, la température de coulée, et la durée de refroidissement de 950 C à la température de coulée sus mentionnée, de façon que le composé de bore ait une taille adéquate et que le bore soit distribué de façon uniforme dans l'alliage à base d'aluminium contenant du bore. En plus de ces exigences, il est également nécessaire de maîtriser la vitesse de refroidissement de l'alliage à l'état fondu de façon à améliorer la distribution du bore. Après coulée, l'alliage à l'état fondu se refroidit de la température de coulée au point du liquidus à une certaine vitesse. Une vitesse de refroidissement lente entraîne une ségrégation par gravité et une agrégation du composé de bore. La plupart des composés de bore ont une densité plus grande que l'alliage à. base d'aluminium, et donc le composé de bore sédimente pendant la solidification et ceci contribue à une distribution non uniforme du bore dans l'alliage à base d'aluminium. Pour cette raison, la vitesse de refroidissement devrait être aussi grande que possible, de préférence 0,05 C/seconde ou plus.

Une vitesse de solidification élevée (vitesse de refroidissement de la température du liquidus à la tem pérature du solidus) contribue à diminuer la macro- ségrégation, la micro-ségrégation et la ségrégation par gravité du composé de bore qui cristallise au fur et à mesure que la matrice d'aluminium se solidifie. En conséquence, la vitesse de refroidissement devrait être de 0,01 C/seconde ou plus.

Le procédé de coulée de l'alliage à base d'aluminium contenant du bore selon la présente invention n'est pas restreint spécifiquement tant que les exigences susmention nées sont satisfaites. Une coulée peut être réalisée par coulée semi-continue, coulée continue ou coulée en moule ordinaire. Dans le dernier cas, il est souhaitable d'uti liser un moule de coulée en fer, un moule en cuivre ou un moule refroidi par eau.

L'alliage à base d'aluminium contenant du bore selon la présente invention devrait être laminé ou forgé à une température de 250 C à 600 C de telle manière que le taux de réduction par passe soit de 40 % ou moins et que la réduction totale soit de 50 % ou plus. Le travail de cette façon entraîne le composé de bore à réduire en taille de 300 gm ou au-dessous et contribue donc à sa distribution uniforme dans l'alliage à base d'aluminium. Les conditions de travail susmentionnées sont nécessaires pour que l'alliage contienne uniformément le composé de bore sans fissuration qui pourrait apparaître dans des conditions de travail ordinaires. Une distribution uniforme du composé de bore est souhaitable pour une capacité d'absorption des neutrons et des propriétés mécaniques améliorées.

Selon le procédé de fabrication de la présente inven tion, la température de travail devrait être de 250 C à 600 C. A une température de travail inférieure à 250 C, l'alliage à base d'aluminium contenant le composé de bore est sujet à des craquelures de bord pendant le laminage. D'autre part, le travail à une température supérieure à 600 C entraîne un grippage, détériorant ainsi la qualité de surface. En conséquence, la température de travail devrait être de préférence d'environ 300 C à sa limite inférieure et d'environ 550 C à sa limite supérieure.

Le procédé de fabrication selon la présente invention nécessite la température de travail spécifique aussi bien que la réduction spécifique par passe telle que mentionnée ci-dessus. A savoir, la réduction par passe devrait être de 40 % ou moins de façon à éviter une fissuration des bords. Plus la réduction est petite, moins l'alliage à base d'aluminium e"st sujet à une rugosification de surface. D'autre part, une faible réduction entraîne une diminution de la température de travail finale. En conséquence, la limite supérieure de la réduction devrait être de préfé rence d'environ 35 %. Cependant, la réduction totale devrait être plus grande que 50 % de façon que le composé de bore soit fait avec une taille de 300 um ou moins et qu'il soit distribué uniformément dans l'alliage à base d'aluminium.

L'alliage à base d'aluminium contenant du bore selon la présente invention peut être extrudé à une température de 400 C à 550 C de façon que le composé de bore soit dispersé de façon uniforme sous la forme de fines particules de 300 um ou moins en taille. L'extrusion est une façon efficace de produire divers produits variant en coupe droite, allant de simples plaques et tubes creux (tubes rectangulaires et analogues) à des profilés com plexes ayant des cornières en R. Le procédé d'extrusion contribue à l'omission du procédé de traitement mécanique et donc à une réduction des coûts.

L'alliage à base d'aluminium contenant du bore de la présente invention ne peut pas être extrudé à l'aide du procédé utilisé pour un procédé d'extrusion classique d'alliages à base d'aluminium en tubes creux à travers une matrice circulaire. (Une extrusion à travers une matrice circulaire force plus qu'une billette à travers une matrice d'extrusion dans laquelle les extrudats sont déposés ensemble en un tuyau.) Ce procédé est un processus de fabrication de forme de tube dans lequel une billette est divisée en plusieurs parties dans la matrice d'entrée, et chaque partie est poussée à l'extérieur à l'aide du poinçon de poussée, et elles sont soudées par pression.

La condition d'extrusion susmentionnée a été établie pour satisfaire une soudure par pression. L'extrusion à une température inférieure à 400 C est médiocre en performance de soudage par pression et est sujette à un colmatage d'extrusion dû à une contrainte de déformation accrue. Une extrusion à une température supérieure à 550 C entraîne un grippage qui aggrave la qualité de surface et la précision dimensionnelle.

La présente invention ne restreint pas spécifiquement les composants de base de l'alliage à base d'aluminium. Elle couvre les alliages à base d'aluminium ordinaires, tels que la série 6000, la série 5000, la série 4000, la série 3000, la série 2000 et la série 1000. Ces alliages à base d'aluminium peuvent contenir Zn, Cr, Fe, etc. en petites quantités, non nuisibles à leurs propriétés carac téristiques. Ils peuvent également contenir des impuretés inévitables telles que Mo, Nb et Ni.

L'alliage à base d'aluminium contenant du bore sous la forme de lingot, de plaque, ou de matériau extrudé peut subir un traitement thermique ou un laminage à froid en fonction de ses applications et de sa résistance mécanique requises, comme dans le cas d'alliages à base d'aluminium ordinaires. Un traitement thermique produit de bonnes propriétés mécaniques (telles qu'une résistance en traction et la ductilité). Par exemple, les alliages de la série 6000 acquerront une résistance en traction très élevée (300 MPa ou au-dessus) si leur traitement thermique (tel que laminage et extrusion) est suivi d'un traitement en solution (à une température de 515 C à 550 C), une trempe (trempe à l'eau) et un durcissement par vieillissement (à une température de 155 C à 165 C).

Un lingot de l'alliage à base d'aluminium contenant du bore devrait être surfacé (3 mm ou plus à partir de la surface, de préférence 3,5 mm) de façon à ce qu'il puisse être traité en lingot, plaques et matériau extrudé ayant une bonne surface. Le surfaçage est nécessaire du fait que les composés de bore tendent à s'agréger à proximité de la surface du lingot et la phase de ségrégation diffère du composé spécifié dans la présente invention. En outre, la phase de ségrégation entraîne une surface irrégulière dans le traitement de surface anodisant.

L'invention sera comprise plus facilement en se référant aux exemples suivants ; toutefois, ces exemples visent à illustrer l'invention et ne doivent pas être pris pour limiter la portée de l'invention.

<U>EXEMPLES</U> <U>Exemple 1</U> Des alliages de la série 6000 ayant la composition présentée dans le tableau 1 ont été changés en blocs de 300 mm d'épaisseur dans les conditions Température de masse fondue : 1 050 C. Température de cou lée : 900 C.

Les lingots obtenus de cette façon ont été maintenus à température et ils ont été laminés à chaud à 500 C (tem pérature de départ). Ils ont été obtenus en une plaque de 10 mm d'épaisseur. Les séquences de maintien à température et de surfaçage peuvent être inversées ; toutefois, le surfaçage qui suit le maintien à température élimine efficacement les oxydes superficiels et donc contribue à une plaque ayant une bonne surface. Le laminage à chaud peut être précédé d'un forgeage pour donner une forme souhaitée. Incidemment, ces alliages de la série 6000 ont été traités par un traitement T6 (un traitement de mise en solution à 530 C, pendant 1 heure et un durcissement par vieillissement à 180 C pendant 24 heures). La plaque ainsi obtenue d'alliage à base d'aluminium a été examinée pour les paragraphes suivants.

[Mesure de la taille et du type (phase) de la forme du composé de bore] On a examiné des échantillons prélevés de la plaque pour la taille et le type (phase) du composé de bore en utilisant un microscope électronique (SEM) ou une analyse SEM-EDX. On a confirmé la présence de bore dans chaque composé par EDX. On a mesuré 1a teneur (exprimée en d'atomes) des composants (tels que Mg, Mn, Si et Cu) dans chaque composé de bore. La taille du composé de bore est définie par la longueur de l'axe le plus long (dans le cas de forme rectangulaire) ou le diamètre maximal (dans le cas de forme sphérique). Incidemment, le nombre de mesures a été de 200.

[Essai en traction à température ambiante] On a prélevé un échantillon conformément à JIS Z2201 n 5 (25w x 50 GL x épaisseur de la plaque) à partir de la plaque comme susmentionné d'une façon telle que la longueur de l'échantillon est perpendiculaire à la direction de laminage. On a examiné cet échantillon par un essai en traction à température ambiante. La vitesse de traction était de 1 MPa/s jusqu'à la limite d'élasticité pour 0,2 d'allongement puis de 20 mm/min. On a également testé l'échantillon pour la limite d'élasticité (pour 0,2 % d'al longement) et l'allongement à température ambiante (20 C) selon JIS Z2241 (1980) décrivant le procédé d'essai en traction pour des matériaux métalliques.

[Essai en traction à haute température] Puisque rien n'est spécifié dans JIS pour un essai en traction d'alliage à base d'aluminium aux hautes tempé ratures, on a employé le procédé selon JIS G0567 (6 mm de diamètre x 30 GL). On a prélevé un échantillon de telle façon que sa longueur soit perpendiculaire à la direction de laminage. La vitesse de traction était 0,3 %/minute jusqu'à la limite d'élasticité pour 0,2 % d'allongement, puis 7,5 %/minute. Le nombre de mesures a été de 9. On a réalisé l'essai à 200 C. On a également testé l'échantillon pour la limite d'élasticité (pour 0,2 % d'allongement) et l'allongement.

[Caractéristiques de fluage] On a réalisé l'essai de rupture au fluage aux hautes températures selon JIS Z2271 (1978). L'échantillon était une barre ronde, 6 mm de diamètre, et on a prélevé l'échan tillon de telle façon que sa longueur soit perpendiculaire à la direction de laminage. On a réalisé l'essai à 200 C sous une charge de 5 kg/mm2, et on a mesuré le temps néces saire pour qu'une rupture apparaisse. On a classé l'échan tillon selon le critère suivant.

O : rupture apparue après 10 heures.

x : rupture apparue pendant les 10 heures. [Evaluation de la distribution du bore] On a prélevé des échantillons des extrémités de tête et de queue et du centre et des bords (dans la direction de la largeur) de la plaque. On les a analysés par spectro scopie d'émission ICP. On les a classés en termes de différence entre les valeurs maximale et minimale selon le critère suivant.

O . 0,05 % ou moins O . 1,0 % ou moins x . plus de 1,0 % On présente les résultats des essais dans le tableau 2. On note d'après le tableau que les échantillons n 1 à 5 (qui sont des alliages à base d'aluminium contenant du bore satisfaisant les exigences de la présente invention) sont bons en caractéristiques de fluage et en résistance méca nique à haute température. Au contraire, ces échantillons n 6 à 10 (qui sont des alliages à base d'aluminium ne satisfaisant pas les exigences de la présente invention) contiennent le composé de bore dans une forme grossière, les éléments d'alliage en grande quantité, et le bore distribué inégalement.

<U>Exemple 2</U> On a répété le même mode opératoire que dans l'exemple 1 pour produire des lingots, excepté que l'on a remplacé l'alliage à base d'aluminium par un alliage de la série 5000 ayant la composition telle que présentée dans la tableau 3.

On a maintenu à température les lingots ainsi obtenus et on les a laminés à chaud à une température de départ de 500 C en des plaques de 10 mm d'épaisseur. Incidemment, on a traité les alliages de la série 5000 à l'aide d'un traitement H34, puis on les a évalués selon les mêmes critères que dans l'exemple 1. On présente les résultats dans le tableau 4. On note que les résultats sont identiques à ceux de l'exemple 1.

<U>Exemple 3</U> On a répété le même mode opératoire que dans l'exemple 1 pour produire des lingots, excepté que l'on a remplacé l'alliage à base d'aluminium par un alliage de la série 3000 ayant la composition telle que présente dans le tableau 5.

On a maintenu à température les lingots ainsi obtenus et on les a laminés à chaud à la température de départ de 500 C en des plaques de 10 mm d'épaisseur. Incidemment, on a traité les alliages de la série 3000 à l'aide d'un traitement H34, puis on les a évalués selon les mêmes critères que dans l'exemple 1. On présente les résultats dans le tableau 6. On note que les résultats sont iden tiques à ceux de l'exemple 1.

<U>Exemple 4</U> On a coulé l'alliage à base d'aluminium de la série 6000, n 1, présenté dans le tableau 1, en lingots dans les conditions présentées dans le tableau 7. On a maintenu à température les lingots, et on les a laminés à chaud ou extrudés à chaud pour être façonnés en plaques.

On a traité les plaques ainsi obtenues à l'aide d'un traitement T6 (traitement de mise en solution à 530 C pendant 1 heure et durcissement par vieillissement à 180 C pendant 24 heures), puis on les a évaluées selon les mêmes critères que dans l'exemple 1. On a examiné les plaques ainsi obtenues pour leur état de surface et on les a classées selon le critère suivant.

O : aucune fissure apparue x : fissure apparue on présente les résultats dans le tableau 8. On note que tous les alliages à base d'aluminium (désignés par A à E) satisfaisant les exigences de la présente invention sont supérieurs en résistance mécanique et en ductilité, avec le composé de bore ayant une petite taille. On note également que le laminage à chaud de la manière spécifiée dans la présente invention, aboutit à une distribution uniforme du bore et à un bon état de surface. Au contraire, ces alliages à base d'aluminium (désignés par F à J) ne satisfaisant pas les exigences de la présente invention souffrent d'une augmentation en taille du composé de bore, une diminution en ductilité, une rugosité de surface et une distribution inégale en bore.

[Effet de l'invention] L'alliage à base d'aluminium contenant du bore de la présente invention présente de bonnes propriétés mécaniques (telles que résistance au fluage et résistance mécanique à haute température) pendant une longue durée. Il possède également une capacité d'absorption des neutrons avec du bore sous la forme de composé uniformément distribué à l'intérieur sans ségrégation.

Claims (8)

-<U>REVENDICATIONS</U>

1. Alliage à base d'aluminium contenant du bore ayant une capacité d'absorption des neutrons, une capacité à conserver la sous-criticité d'assemblages de combustible et de bonnes caractéristiques à haute température, qui contient 0,5 à 10 % en masse de bore avec une composition en éléments isotopiques satisfaisant une relation de 10B/ (10B + 11B) > 30 %, ledit bore étant présent sous la forme d'un composé de bore (borure) qui possède une taille de 300 gm ou inférieure.

2. Alliage à base d'aluminium contenant du bore ayant une capacité d'absorption des neutrons, une capacité à conserver la sous-criticité d'assemblages de combustible et de bonnes caractéristiques à haute température, qui contient 0,5 à 10 % en masse de bore avec une composition en éléments isotopiques satisfaisant une relation 10B/ (10B + 11B) > 30 %, ledit bore étant présent sous la forme d'un composé constitué de bore et d'aluminium qui possède une taille de 300 gm ou inférieure.

3. Alliage à base d'aluminium contenant du bore ayant une capacité d'absorption des neutrons, une capacité à conserver la sous-criticité d'assemblages de combustible et de bonnes caractéristiques à haute température, qui contient 0,5 à 10 % en masse de bore avec une composition en éléments isotopiques satisfaisant une relation 10B/ (10B + 11g),> 30 %, ledit bore étant présent sous la forme d'un composé contenant, en plus de l'aluminium et du bore, au moins un élément choisi dans le groupe composé de Mg, Mn, Si et Cu, qui possède une taille de 300 gm ou inférieure.

4. Alliage à base d'aluminium contenant du bore selon la revendication 3, dans lequel ledit composé de bore, dans lequel au moins un élément choisi dans le groupe composé de Mg, Mn, Si et Cu compte pour 0,01 à 50 % en atomes, occupe 50 % ou plus en proportion numérique dans l'ensemble des composés de bore.

5. Alliage à base d'aluminium contenant du bore selon l'une quelconque des revendications l à 3, dans lequel la différence entre la valeur maximale et minimale de la quantité de bore de l'échantillon qui divise l'alliage en plusieurs, est de 1,0 % ou moins.

6. Procédé de fabrication d'un alliage à base d'alu minium contenant du bore ayant une capacité d'absorption des neutrons, une capacité à conserver la sous-criticité d'assemblages de combustible et de bonnes caractéristiques à haute température, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'alliage à base d'aluminium contenant du bore défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, est fondu à une température dépassant 950 C et coulé à une température dans la gamme de 800 C à 950 C, d'une manière telle que le métal à l'état fondu est maintenu pendant 60 à 1 800 secondes jusqu'à ce qu'il se refroidisse de 950 C à la température de coulée.

7. Procédé de fabrication d'un alliage à base d'alu minium contenant du bore ayant une capacité d'absorption des neutrons, une capacité à maintenir la sous-criticité d'assemblages de combustible et de bonnes caractéristiques à haute température, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'alliage à base d'aluminium contenant du bore défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 est laminé ou forgé à une température de 250 C à 600 C d'une manière telle que le taux de réduction par passe est de 40 % ou moins et la réduction totale est de 50 % ou plus.

8. Procédé de fabrication d'un alliage à base d'alu minium contenant du bore ayant une capacité d'absorption des neutrons, une capacité à conserver la sous-criticité de l'assemblages de combustible et de bonnes caractéristiques à haute température, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'alliage à base d'aluminium contenant du bore défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 est extrudé à une température de 400 C à 550 C.