JPS62177141A - 中性子吸収能に優れた鋳造用アルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｆ産業上の利用分野） 本発明は中性子吸収能に優れたアルミニウム合金に関し
、さらに詳しくは、強度および耐熱強度の優れた中性子
吸収能に優れたＭ遣用アルミニウム合金に関するもので
ある。

［従来技術１ 一般に、各種原子炉設置録再処理施設および核燃料物質
貯蔵施設等の核燃料物質を使用する施設や運搬する設備
等においては、核燃料物質に基本的に要求されるのが“
未臨界性の確保”である。

ところで、２３５−Ｕ、２３９−Ｐｕ等の核分裂性物質
は熱中性子（〜数ｅＶ）に対して、核分裂を起し易いた
めこれを吸収し熱中性子束を下げて、未臨界性を高める
必要があり、これらの施設、設備においては熱中性子吸
収能の高い金属材料が多く使用されている。

特に、近年になって、商業用原子炉においては核燃料の
高燃焼度化に伴なう高濃縮度化が進んて゛おり、また、
研究用原子炉においてはこれより遥かに高い濃縮度の核
燃料が使用されており、そのために、使用済核燃料の輸
送や貯蔵設備においても、従来よりさらに中性子吸収能
の高い金属材料が必要になってきている。

このような金属材料として、いままでにＢの中性子吸収
能の優れた特性を利用して、ボラール（Ｂ　ｒｏｏｋｓ
＆Ｐ　ｅｒｋ　ｉ　ｎｓ社の商品名）、Ｂ、ＣとＣｕの
（Ｒ会規結材、Ｂ含有アルミニウム合金、Ｂ含有ステン
レス鋼お上りＢ含有鋼等が製乍されている。

（１）ボラール（Ｂｏｒａｌ） Ｂ、Ｃ粉末３０〜４０％とノ＼１粉末を均一に混合した
後焼結して製造するものであるが、均一に混合すること
自体が困難であり、均質な製品を製造する二とが難かし
く、また、強度力弓Ｏｋｇｒ／ｍｍ”と低く、溶接が困
難である。

（２）Ｂ、ＣとＣｕ焼結材 Ｂ、Ｃ粉末とＣｕ粉末を混合撹拌して焼結したらのであ
るが、このＢ、Ｃ−Ｃｕ焼結板単体は脆し・ものであっ
て、強度が３〜５　ｋｇｆ／　ｍｍ”と低く草木として
使用することは困難で、アルミニウム合金に鋳ぐるんで
使用しており、アルミニウム合金に鋳ぐるむ際Ｂ、Ｃ−
Ｃｕ焼結体は多孔質のため気泡が発生し、健全な製品を
製造することは難かしい。

（３）Ｂ含有アルミニウム合金 Ｂ１〜４＋ｎＬ％含有のＡｌ合金であるが、Ｂを含有す
るため切削性、鋳造性が悪い。

（４）Ｂ含有ステンレス鋼 ステンレス鋼にＢを１〜５ｗｔ％含有させた鋼であり、
Ｂ含有量が増加するにつれて加工性が劣化し、熱間鍛造
成いは熱間圧延が極めて困難となり、また、ステンレス
鋼はアルミニウム合金に比較して熱伝導度が劣るので好
ましくない。

このように、Ａｌ系およびＦｅ系等の合金にＢを中性子
吸収材として含有させた材料が実用化されているが、そ
の何れにおいても、Ｂ含有量を多くして中性子吸収能を
高くすると材料特性が劣化したり、また、製造に困難性
が増加し、そして、材料特性の良好なものはＢ含有量が
低いので中性子吸収能が低いという問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記に説明したように、従来における中性子吸
収能を有する材料の種々の問題点に鑑みなされたもので
あり、本発明者の鋭意研究の結果、中性子吸収能が者し
く優れており、鋳造性、展伸加工性、成形加工性が極め
て良好であり、構造物の製作が容易で、特に、強度、高
温強度が優れた中性子吸収能に優れたアルミニウム合金
を開発したのである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係る熱中性子吸収能に優れた鋳造用アルミニウ
ム合金は、 Ｇｃｌ　０．２〜１０ｗＬ％、Ｓｉ６〜１２ｕ＋ｔ％を
含有し、がっ、 Ｃｕ　Ｏ，１−１，０ｉｕＬ％、Ｍｇ　０．１−１．Ｏ
ｕ＋Ｌ％の１種または２種 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなることにある。

本発明に係る中性子吸収能に優れた鋳造用アルミニウム
合金について、以下詳細に説明する。

先ず、本発明１こ係る中性子吸収能に優れた鋳造用アル
ミニウム合金の含有成分および成分割合について説明す
る。

Ｇｄは中性子吸収能を付与するのに不可欠の重要な元素
であり、含有量が０．２ｕ＋ｔ％未満では中性子吸収能
が少なく中性子吸収材としては使用することかできず、
また、１０ｗＬ％を越えて含有させるとＣ，ｄの酸化か
者しくなり大気中において溶解をすることができない。

よって、Ｇｃｌ含有量は０．２〜１０切ｉ％とする。

Ｓｉは溶湯の流動性を改善する元素であり、含有量が６
＋ｕｔ％未満ではこのような効果が小さく、また、１２
ｉｕｔ％を越えて含有されると板状の初晶Ｓｉが晶出す
るために強度が低下する。よって、Ｓｉ含有量は６〜１
２ｕ＋Ｌ％とする。

Ｃｕはα相への固溶効果により強度と高温強度を改善す
る元素であり、含有量が０．ｌｕ１％未満では強度およ
び高温強度の改善効果は認められず、また、１，０ｗｔ
％を越えて含有されると鋳造性に悪影響を及ぼすように
なる。よって、Ｃｕ含有量は０．１〜１．０ｕ＋ｔ％と
する。

Ｍｇはα相への固溶効果により強度を改善する元素であ
り、含有量が０．１ｗＬ％未満では強度の向上は認めら
れず、また、１．Ｏｕｔ％を越えて含有されると伸びが
低下する。よって、Ｍｇ含有量は０．１−１．Ｏｕ＋Ｌ
％とする。

なお、本発明に係る中性子吸収能に優れた鋳造用アルミ
ニウム合金をＮａ金属、Ｎａ系の７ラツクスを用いて溶
湯を処理すること；こよｉ）、共晶強度を微細化して伸
びを改善することができ、さらに、ＡＩ　　Ｔｉ中間合
金、Ａｔ　　Ｔｉ　　Ｂ中間合金またはＴ１含有フラン
クスを溶湯中にＴｉとして０．０３〜０．２０１％添加
して微細化処理を行ない、この微細化処理によりマクロ
組織か微細となり一様な組織とすることらできる。

［実施例１ 次に、本発明に係る中性子吸収能に優れた鋳造用アルミ
ニウム合金の実施例を説明する。

実施例 ｔｐＪ１表に示す含有成分および成分割合のアルミニウ
ム合金を溶製して試験片を作製して各種試験を行なった
。因に、本発明に係る中性子吸収能に優れた鋳造用アル
ミニウム合金はＮ００１〜Ｎ０１７で、比較例はＡｔ　
　９Ｓｉ　　２．５Ｇｄ合金、Ａｌ　　１０Ｓｉ　　２
．５Ｂ合金およびＡｌ　　１１．５Ｓｉ合金（ＪＩＳ７
＼Ｃ３Ａ）である。

試験結果を第１表に示す。

この第１表から明らかなように、本発明に係る中性子吸
収能に優れた鋳造用アルミニウム合金のＡｌ−Ｇｄ系合
金は、ノ＼ｌ−Ｂ系合金に比較して、中性子吸収能は第
１図に示すように優れており、かつ、切削性、耐蝕性に
も優れ、湯流れ性も良好であり、よく（史用されている
Ａｌ−１１，５Ｓｉ合金と同等の湯流れ性、耐蝕性を有
していることがわかる。

第２図および第３図に示すように、Ａｔ　　９Ｓｉ−２
，５Ｇｃｌ−０，３Ｍｇ合金（第１表のＮｏ、　５　、
第３図では△で示す。）、Ａ　ｌ　　９Ｓ　ｉ　　２．
５Ｇｄ　　Ｏ０３ｔＶＩｇ−０，３Ｃｕ合金（第１表の
Ｎｏ、２．第３図では一口−で示す。）１．＼ｌ　−９
３ｉ−２，５Ｇｄ合金、第１表の比較例８、ｔｊｆＪ３
図では一〇−で示す。）を比較すると、Ｍｇ含有により
引張強さ、耐力カ弓、５　ｋｇ　ｆ　／　＋６１１１　
”以上向上し、さらに、Ｃｕを含有させることにより引
張強さ、耐力が向上していることがわかる。

そして、本発明に係る中性子吸収能に優れた鋳造用アル
ミニウム合金は、特に、燃料棒等の中性子吸収材として
使用する場合には、燃料の反応熱により中性子吸収材の
温度が上昇するので２００〜３００°Ｃの高温強度に優
れていることは、第１表よりみて明らかである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る中性子吸収能に優れ
た鋳造用アルミニウム合金は上記の構成を有しているも
のであるから、中性子吸収能に優れているばかりではな
り、Ｗ１械的性質、高温強度、切削性、１ｔｉｔ性に優
れ、鋳造性も良好であって、従来合金に比較して、燃料
棒の高性能化にも対応でき、さらに製造も容易である等
の優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は巨視的中性子吸収断面積とＧｄ含有量、Ｂ含有
量の関係を示す図、第２図は本発明に係る中性子吸収能
に優れた鋳造用アルミニウム合金の８！械的性質を示す
図、第３図は本発明に係る中性子吸収能に優れた鋳造用
アルミニウム合金の温度と機械的性質との関係を示す図
である。 オ］図 矛２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｇｄ０．２〜１０ｗｔ％、Ｓｉ６〜１２ｗｔ％を含有し
   、かつ、 Ｃｕ０．１〜１．０ｗｔ％、Ｍｇ０．１〜１．０ｗｔ％
   の１種または２種 を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物からなることを
   特徴とする中性子吸収能に優れた鋳造用アルミニウム合
   金。