申請號: 201711303629.3

申請日: 2017.12.11

國家/省市:中國山西(14)

公開號: 107876777A

公開日: 2018.04.06

主分類號:B22F 3/14(2006.01)

分類號: B22F 3/14(2006.01); B22F 3/24(2006.01); B22F 5/00(2006.01); C22C 21/00(2006.01); C22C 32/00(2006.01)

申請人: 太原理工大學

發明人: 陳洪勝; 張宇陽; 王文先; 王晉鳳; 劉瑞峰; 張媛琦

代理人: 朱源

代理機構:太原科衛專利事務所（普通合伙）(14100)

申請人地址:山西省太原市迎澤西大街79號

摘要： 本發明涉及一種屏蔽中子用復合材料筒形件的制備方法，具體為核反應堆屏蔽中子用復合材料筒形件的制備方法。解決碳化硼顆粒鋁基復合材料板材通過卷制焊接工藝制備筒形件，焊接接頭的力學性能和中子吸收性能降低的問題。本發明采用高能脈沖電流燒結的方法制備碳化硼顆粒鋁合金基復合材料，采用強力旋壓的方法對機械加工后的碳化硼顆粒鋁合金基復合材料坯料進行多道次的旋壓成形，最終旋壓成薄壁筒形件；避免了焊接過程所帶來的缺陷，同時提高了材料的利用率，降低制造成本，且成品力學性能優異，具有強度和韌性高的特點，所制備的成品可用于乏燃料儲存及核電站中筒形屏蔽體，是先進的制備復合材料筒形件的方法。

主權利要求

一種核反應堆屏蔽中子用復合材料筒形件的制備方法，其特征在于是由如下步驟實現的：1）確定原料及配比選用6061Al鋁合金粉和碳化硼粉，其中6061Al鋁合金粉：碳化硼粉=9:1；2）制備圓筒形開合式模具圓筒形開合式模具由圓筒形主模具和下墊塊、上墊塊構成；圓筒形開合式模具用石墨材料制作，主模具型腔表面粗糙度為Ra0.08-0.16μm，主模具型腔尺寸為?30mm×70mm；3）預氧化處理碳化硼粉將碳化硼粉置于石英容器中，然后置于加熱爐中進行預氧化處理，預氧化溫度450oC，預氧化時間30min；4）球磨混粉將6061Al鋁合金粉和預氧化處理碳化硼粉按9:1的比例放入球磨罐后在球磨機中進行球磨混粉，球磨機轉數為400r/min，球磨混粉時間為60min，球磨后成混合粉；5）裝料將圓筒形開合式模具的主模具置于鋼質平板上，將下墊塊置于主模具內底部，在下墊塊上部鋪設第一石墨紙，稱取混合粉100g，置于第一石墨紙上部；在混合粉上部鋪設第二石墨紙，在第二石墨紙上部置放上墊塊；6）高能脈沖電流燒結爐內進行燒結①打開高能脈沖電流燒結爐，將步驟5）裝好料的圓筒形開合式模具移入爐腔內的下部工作臺上，圓筒形開合式模具與爐腔內的下部工作臺垂直，并由高能脈沖電流燒結爐內的上壓頭壓緊圓筒形開合式模具，關閉爐門；②開啟水泵，進行外水循環冷卻；開啟真空泵，抽取爐內空氣，使爐內壓強達2Pa，并恒定；③開啟壓力電機，對模具施壓，施加壓力為35MPa；④開啟電流放電加熱器，加熱溫度、時間按三階段進行；第一階段：5min，加熱溫度從初始值至400oC；第二階段：5min，加熱溫度從400oC上升至600oC；第三階段：在600oC保溫10min；⑤停止加熱，停止施壓，隨爐冷卻至25oC；⑥打開高能脈沖電流燒結爐，取出圓筒形開合式模具；開模，取出燒結塊體，即為碳化硼顆粒鋁基復合材料坯料；7）打磨及潔凈處理將碳化硼顆粒鋁基復合材料坯料置于鋼質平板上，用砂紙打磨周邊及正反表面，使其清潔；然后用無水乙醇清洗，使其潔凈；(8)機械加工將打磨及潔凈處理后的碳化硼顆粒鋁基復合材料坯料進行機械加工，即在圓柱體狀的碳化硼顆粒鋁基復合材料坯料的端面中心鉆一個?20mm的軸向通孔，形成筒形件坯料，軸向通孔的內表面粗糙度為Ra0.08-0.16μm；(9)強力旋壓成筒形件①用無水乙醇清洗筒形件坯料，使其潔凈；②將石墨乳均勻涂覆在筒形件坯料的內外表面；③將筒形件坯料置于電阻加熱爐內進行加熱，加熱溫度為380oC±2oC，保溫10min；④將強力旋壓機的旋壓主軸加熱到200oC±2oC，然后將加熱后的筒形件坯料安裝在強力旋壓機的旋壓主軸上，進行第一道次旋壓，旋壓變形量為15%，旋壓主軸轉速為500r/min，旋輪軸向進給速度為150mm/min；⑤將經過第一道次旋壓的筒形件坯料進行第二道次旋壓，旋壓變形量為15%，旋壓主軸轉速為500r/min，旋輪軸向進給速度為150mm/min；⑥將經過第二道次旋壓的筒形件坯料進行第三道次旋壓，旋壓變形量為10%，旋壓主軸轉速為500r/min，旋輪軸向進給速度為150mm/min；(10)打磨、清洗將旋壓后的筒形件坯料置于鋼質平板上，用砂紙打磨各面，使其清潔；然后用無水乙醇進行清洗，使其潔凈，得到最終產品——核反應堆屏蔽中子用復合材料筒形件。