RU2693669C1 - Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора - Google Patents
Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2693669C1 RU2693669C1 RU2018117929A RU2018117929A RU2693669C1 RU 2693669 C1 RU2693669 C1 RU 2693669C1 RU 2018117929 A RU2018117929 A RU 2018117929A RU 2018117929 A RU2018117929 A RU 2018117929A RU 2693669 C1 RU2693669 C1 RU 2693669C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- boron carbide
- aluminum
- particles
- boron
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению слоистого материала на основе алюминия и его сплавов, содержащего слои с карбидом бора, и может использоваться в качестве конструкционных материалов для авиации и в атомной промышленности, которые сочетают низкую удельную массу с эффективным поглощением нейтронного излучения. Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора, включает получение расплава алюминия с температурой выше температуры ликвидус, содержащий 28-35 об. % частиц карбида бора с размером зерна 1-60 мкм, при этом получают расплав алюминия без частиц карбида бора с температурой на 100-150°С выше температуры ликвидус, заливают его в подогреваемую горизонтальную изложницу центробежного литья, вращающуюся с коэффициентом гравитации 70-140, с формированием первого слоя металла на поверхности изложницы, затем заливают в изложницу расплав защитного флюса и формируют следующие слои металла, последовательно заливая на расплав флюса расплав алюминия, содержащего частицы карбида бора, затем расплав алюминия без частиц бора, затем расплав алюминия, содержащего частицы карбида бора, и затем расплав алюминия без частиц бора, причем заливку расплава последующих слоев металла на расплав флюса начинают после охлаждения предыдущего слоя металла до температуры солидус. Техническим результатом изобретения является получение крупных полых цилиндрических заготовок нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои металла с карбидом бора, равномерно распределенным по их толщине. 3 з.п. ф-лы,
Description
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению слоистого материала на основе алюминия и его сплавов, содержащего слои с карбидом бора, и может использоваться в качестве конструкционных материалов для авиации и в атомной промышленности, которые сочетают низкую удельную массу с эффективным поглощением нейтронного излучения.
Известен способ получения нейтронно-поглощающего алюминиевого композитного материала, содержащего 1,5-9 мас. % карбида бора в виде частиц со средним размером 1-60 мкм, равномерно распределенных в алюминиевой матрице, включающий получение смеси порошка карбида бора и порошка алюминия или его сплавов, вакуумную дегазацию и спекание под давлением в плоскую пластину с использованием горячей экструзии, горячей прокатки, горячего прессования или их комбинаций.
(US 6602314, С22С 21/00, С22С 32/00, опубликовано 05.08.2003)
Недостатком известного способа является трудность получения крупных заготовок, предназначенных для прокатки, в том числе получение слоистого материала, позволяющего повысить содержание бора в изделии.
Известен способ получения тонколистового композитного проката из слитков борсодержащего алюминиевого сплава, включающий приготовление алюминиевого расплава, содержащего медь, введение бора в количестве от 2 до 2,8 мас. % в виде боридных частиц, получение слитка путем кристаллизации расплава, горячую прокатку, промежуточный отжиг, холодную прокатку, причем в алюминиевый расплав вводят от 1,8 до 2,5 мас. % меди и от 1,4 до 2,2 мас. % марганца, слиток подвергают горячей прокатке при температуре от 400 до 450°С, а после холодной прокатки проводят отжиг при температуре от 360 до 400°С.
(RU 2630185, C22F 1/04; С22С 21/12, опубликовано 05.09.2017)
Недостатком известного способа является низкая концентрация борсодержащих частиц в алюминиевой матрице.
Наиболее близким является способ получения нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с различной концентрацией карбида бора, включающий изготовление плоского композита из алюминиевого сплава с кремнием и частицами карбида бора с размером зерен 10-30 мкм в концентрации 10-55 мас. %, нагрев композита выше температуры ликвидус, выдержку расплава в защитной атмосфере при давлении газа 1100-1300 бар и воздействии вибрации, охлаждение, закалку и многократную горячую прокатку, или ковку, или экструзию. При воздействии вибрации в расплаве происходит всплывание частиц карбида бора и обогащение им до 65-85 мас. % верхнего слоя расплава с формированием слоев с различным содержанием карбида бора.
(DE 102011120988, С22С 21/02, опубликовано 13.06.2013)
Недостатком известного способа является невозможность его использования для получения нейтронно-поглощающего материала в виде крупных полых цилиндрических заготовок, а также невозможность получения нескольких слоев с равномерным распределением карбида бора по их сечению.
Задачей и техническим результатом изобретения является получение крупных полых цилиндрических заготовок нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои металла с карбидом бора, равномерно распределенным по их толщине.
Технический результат достигают тем, что способ получения нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора, включает получение расплава алюминия с температурой выше температуры ликвидус, содержащий 28-35 об. % частиц карбида бора с размером зерна 1-60 мкм, при этом получают расплав алюминия без частиц карбида бора с температурой на 100-150°С выше температуры ликвидус, заливают его в подогреваемую горизонтальную изложницу центробежного литья, вращающуюся с коэффициентом гравитации 70-140, с формированием первого слоя металла на поверхности изложницы, затем заливают в изложницу расплав защитного флюса, и формируют следующие слои металла, последовательно заливая на расплав флюса расплав алюминия, содержащего частицы карбида бора, затем расплав алюминия без частиц бора, затем расплав алюминия, содержащего частицы карбида бора, и затем расплав алюминия без частиц бора, причем заливку расплава последующих слоев металла на расплав флюса начинают после охлаждения предыдущего слоя металла до температуры солидус.
Технический результат также достигают тем, что заливку расплава ведут в защитной атмосфере аргона, который подают в изложницу с расходом 0,3-0,7 м3/ч; в качестве расплава алюминия используют расплавы технического алюминия, а также его литейные сплавы с кремнием.
Достижение поставленного технического результата можно проиллюстрировать следующим примером.
Известными способами получают расплав литейного сплава алюминия с кремнием с температурой 850-900°С (на 100-150°С выше температуры ликвидус) и расплав технического алюминия с температурой 900°С (на 200°С выше температуры ликвидус), содержащий 28-35 об. % частиц карбида бора с размером зерна 1-60 мкм.
Оптимальным является получения расплава алюминия с добавкой карбида бора непосредственно перед введением в изложницу путем расплавления предварительно полученного методом порошковой металлургии полуфабриката.
При осуществлении способа по изобретению используют известные составы флюсов для защиты зеркала расплава алюминия, например, на основе фторида кальция.
Рабочую поверхность используемой подогреваемой до температуры более 200°С горизонтальной изложницы центробежного литья длиной 3 м и внутренним диаметром 300 мм предварительно покрывают противопригарным покрытием.
Первый слой нейтронно-поглощающего материала по изобретению толщиной 3,0 мм формируют путем заливки во вращающуюся горизонтальную изложницу расплава литейного алюминиевого сплава без частиц карбида бора с температурой 850°С, что на 100°С выше температуры ликвидус. Заливку расплавов металла ведут в защитной атмосфере аргона, который подают в изложницу с расходом 0,3-0,7 м3/ч.
Число оборотов изложницы n определяют по известной формуле:
где: n - число оборотов в сек;
K - коэффициент гравитации;
D - диаметр изложницы, м /
Для K=100 и D=0,1 м число оборотов изложницы n=22,3 об/с.
После заливки первого слоя металла, в изложницу заливают расплав защитного флюса, который формирует на поверхности первого слоя металла равномерный защитный слой толщиной ≈3 мм.
После охлаждения металла первого слоя до температуры солидус (≈750…°С) в изложницу на расплавленный флюс заливают подготовленный расплав алюминия, содержащий частицы карбида бора, для формирования второго нейтронно-поглощающего слоя металла толщиной 3 мм.
После формирования слоя защитного флюса на поверхности второго слоя металла и охлаждения металла до температуры солидус в изложницу заливают расплав сплава алюминия без частиц бора, а затем последовательно после формирования слоя защитного флюса на поверхности сформированного слоя металла и его охлаждения до температуры солидус заливают расплав алюминия, содержащего частицы карбида бора, и расплав алюминиевого сплава без частиц бора.
Выбранные температурные режимы осуществления способа по изобретению в сочетании с режимом вращения изложницы обеспечивают формирование слоев металла одинаковой толщины, их направленную кристаллизацию и равномерное распределение карбида бора по сечению слоя металла и длине изложницы.
Результатом осуществления способа по изобретению был получен нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия в виде крупной полой цилиндрической заготовки, содержащей слои с карбидом бора.
Для получения листов полученную заготовку разрезают по средней линии, разгибают, выпрямляют и прокатывают на лист необходимой толщины. Полученный лист можно использовать в конструкциях защиты от нейтронного излучения.
Claims (4)
1. Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора, включающий получение расплава алюминия с температурой выше температуры ликвидус, содержащий 28-35 об. % частиц карбида бора с размером зерна 1-60 мкм, отличающийся тем, что сначала получают расплав алюминия без частиц карбида бора с температурой на 100-150°С выше температуры ликвидус, заливают его в подогреваемую горизонтальную изложницу центробежного литья, вращающуюся с коэффициентом гравитации 70-140, с формированием первого слоя металла на поверхности изложницы, затем заливают в изложницу расплав защитного флюса и формируют следующие слои металла, при этом последовательно заливают на расплав флюса расплав алюминия, содержащего частицы карбида бора, затем расплав алюминия без частиц бора, затем расплав алюминия, содержащего частицы карбида бора, и затем расплав алюминия без частиц бора, причем заливку расплава последующих слоев металла на расплав флюса начинают после охлаждения предыдущего слоя металла до температуры солидус.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заливку расплава ведут в защитной атмосфере аргона, который подают в изложницу с расходом 0,3-0,7 м3/ч.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве расплава алюминия используют расплавы технического алюминия, а также его литейные сплавы с кремнием.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждый слой металла алюминия и алюминия с карбидами бора заливают толщиной не менее 3 мм, а расплав флюса не менее 3-4 мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018117929A RU2693669C1 (ru) | 2018-05-15 | 2018-05-15 | Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018117929A RU2693669C1 (ru) | 2018-05-15 | 2018-05-15 | Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2693669C1 true RU2693669C1 (ru) | 2019-07-03 |
Family
ID=67252298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018117929A RU2693669C1 (ru) | 2018-05-15 | 2018-05-15 | Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2693669C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115976361A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-04-18 | 武汉大学 | 一种高强韧抗辐照铝基复合材料及其制备方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1632955A1 (en) * | 2003-05-13 | 2006-03-08 | Nippon Light Metal Company Ltd. | Aluminum based neutron absorber and method for production thereof |
DE102011120988A1 (de) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Daimler Ag | Flächiges Halbzeug aus einer Aluminiummatrixverbundlegierung mit Borcarbid-Partikeln zur Herstellung einer mit Borcarbid-Partikeln angereicherten Platte und Herstellungsverfahren |
RU2509818C1 (ru) * | 2012-11-30 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Способ получения композиционного материала |
KR20150095063A (ko) * | 2014-02-12 | 2015-08-20 | 한양대학교 산학협력단 | 중성자 흡수재 및 그 제조방법 |
RU2630185C1 (ru) * | 2016-12-02 | 2017-09-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения слитков и тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава |
-
2018
- 2018-05-15 RU RU2018117929A patent/RU2693669C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1632955A1 (en) * | 2003-05-13 | 2006-03-08 | Nippon Light Metal Company Ltd. | Aluminum based neutron absorber and method for production thereof |
DE102011120988A1 (de) * | 2011-12-13 | 2013-06-13 | Daimler Ag | Flächiges Halbzeug aus einer Aluminiummatrixverbundlegierung mit Borcarbid-Partikeln zur Herstellung einer mit Borcarbid-Partikeln angereicherten Platte und Herstellungsverfahren |
RU2509818C1 (ru) * | 2012-11-30 | 2014-03-20 | Открытое акционерное общество "Инженерно-маркетинговый центр Концерна "Вега" ОАО "ИМЦ Концерна "Вега" | Способ получения композиционного материала |
KR20150095063A (ko) * | 2014-02-12 | 2015-08-20 | 한양대학교 산학협력단 | 중성자 흡수재 및 그 제조방법 |
RU2630185C1 (ru) * | 2016-12-02 | 2017-09-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ получения слитков и тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115976361A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-04-18 | 武汉大学 | 一种高强韧抗辐照铝基复合材料及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103930577B (zh) | 铝合金材料和铝合金结构体及其制造方法 | |
KR101080164B1 (ko) | 발화저항성과 기계적 특성이 우수한 마그네슘 합금 및 그 제조방법 | |
JP5852580B2 (ja) | 機械的特性に優れている難燃性マグネシウム合金及びその製造方法 | |
CN104364409B (zh) | 改进的铝合金及其生产方法 | |
CN104818439B (zh) | 具有高镁含量的抗腐蚀铝合金及其制备方法 | |
JP2019527299A (ja) | 高強度耐食性アルミニウム合金からのリボン及び粉末 | |
Li et al. | Evolution of microstructure and properties of novel aluminum‑lithium alloy with different roll casting process parameters during twin-roll casting | |
CN104674092B (zh) | 一种含Sm的Mg‑Al‑Zn系耐热镁合金及其制备方法 | |
EP2885437B1 (en) | Al-nb-b master alloy for grain refining | |
JP2016524045A (ja) | 向上した高温機械特性を有するアルミニウム合金複合材 | |
CN111020305A (zh) | 一种铝合金复合材料皮材扁铸锭及其制造方法 | |
RU2693580C1 (ru) | Способ получения нейтронно-поглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с диборидом титана | |
RU2693669C1 (ru) | Способ получения нейтронопоглощающего материала на основе алюминия, содержащего слои с карбидом бора | |
US5256202A (en) | Ti-A1 intermetallic compound sheet and method of producing same | |
US4002502A (en) | Aluminum base alloys | |
KR20230037064A (ko) | 고 아연 알루미늄 합금 제품 | |
Jones et al. | Ballistic analysis of new military grade magnesium alloys for armor applications | |
RU2590429C1 (ru) | Способ получения борсодержащего металломатричного композиционного материала на основе алюминия в виде листов | |
Mansurov et al. | Analysis of the phase composition and the structure of aluminum alloys with increased content of impurities | |
RU2305022C1 (ru) | Способ изготовления фольговой заготовки из сплава алюминий-железо-кремний | |
Petrova et al. | Structure and strength of Al-Mn-Cu-Zr-Cr-Fe ALTEC alloy after radial-shear rolling | |
JPS61259828A (ja) | 高強度アルミニウム合金押出材の製造法 | |
KR101988794B1 (ko) | 내식성이 우수한 마그네슘 합금 판재 및 그 제조방법 | |
RU2630185C1 (ru) | Способ получения слитков и тонколистового проката из бор-содержащего алюминиевого сплава | |
Kurz et al. | Microstructure evolution of different magnesium alloys during twin roll casting |