用于制造核屏蔽材料的钇基合金及其制造方法与应用与流程

本发明属于核工程领域，具体涉及一种用于制造核屏蔽材料的合金及其制造方法与应用。

背景技术：

1、微型反应堆具有功率密度高、轻量化、可移动、固有安全性好的优势，被认为是具有良好应用前景的新型反应堆，在航天、国防、应急救援等领域具有很高的应用价值。反应堆小型化也对其屏蔽材料提出了更加严苛的要求，需要屏蔽材料满足耐高温、低密度和高屏蔽效率等条件，用于压水堆等常规反应堆的屏蔽材料无法满足微型反应堆的设计需要。目前，具有良好中子慢化能力和热稳定性的金属氢化物被认为是先进核屏蔽材料的理想选择，其中氢化钇（yh2）不仅具有良好的核屏蔽性能，还能够在900℃下保持良好的热稳定性与结构强度，体现出良好的应用前景。但是，目前所能够制备的钇合金晶粒尺寸可达数百微米，在氢化处理过程中容易发生应力集中而导致开裂；同时，钇元素对热中子屏蔽能力不足，而如果在其中添加具有较好热中子吸收能力的b来进行晶粒细化，则又会导致辐照肿胀问题。因此，提供一种在氢化过程中不易发生开裂，同时具有良好热中子吸收能力的钇基合金对于改善核屏蔽材料的性能具有积极意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于制造核屏蔽材料的钇基合金，降低其在氢化过程中的开裂风险。本发明还提供一种钇基合金的制造方法，一种应用该钇基合金制造核屏蔽材料的方法，和一种核屏蔽材料。

2、根据本发明一个方面的实施例，提供一种用于制造核屏蔽材料的钇基合金，该合金按重量比计包括0.5%-25%的re，余量为y及不可避免的杂质；所述用于制造核屏蔽材料的钇基合金的基体组织为y，所述基体组织的晶粒尺寸为10μm-70μm，其晶界分布有yre2颗粒。

3、该合金材料具有晶粒细小、强韧性好、耐腐蚀等优点，钇基合金本身密度较小，氢化后形成的氢化钇分解温度高，对快中子具有良好的吸收能力；y与re形成的yre2化合物熔点高，在合金凝固过程中能够聚集在晶界起到细化晶粒的作用，从而防止氢化过程中合金基体开裂；re还具有很高的中子吸收截面，能够进一步改善材料对中子与γ射线的屏蔽能力，同时re的存在也能够提高材料的耐腐蚀性能。

4、进一步地，在部分实施例中，所述用于制造核屏蔽材料的钇基合金，按重量比计含有0.5%-25%的re，不超过20%的gd和/或不超过20%的dy，余量为y及不可避免的杂质。gd与dy能够提高钇基合金对热中子及γ射线的屏蔽能力。

5、进一步地，在部分实施例中，按重量比计，re含量为0.5%-10%，gd含量不超过10%，dy含量不超过10%。对gd与dy的含量进行控制有助于改善材料的加工性能。

6、根据本发明另一个方面的实施例，提供一种用于制造核屏蔽材料的钇基合金的制造方法，用于制造前述任一实施例中所提供的用于制造核屏蔽材料的钇基合金。该方法具体包括以下步骤：

7、步骤a）：按照所述用于制造核屏蔽材料的钇基合金的成分提供原料，将所述原料装入真空熔炼设备，抽真空至3×10-3pa以下，通入惰性气体保护，随后加热至1700℃以上进行熔炼，浇铸得到合金铸锭；

8、步骤b）：在不低于800℃的温度下对所述合金铸锭进行热压或热锻处理；随后以不低于850℃的温度进行热轧加工，得到热轧板材；

9、步骤c）：对所述热轧板材进行冷轧加工与退火处理，得到用于制造核屏蔽材料的钇基合金成品。

10、进一步地，在部分实施例中，所述步骤a）中，进行熔炼时升温速率不低于10℃/min，加热至不低于2000℃后至少保温10min。

11、进一步地，在部分实施例中，所述步骤a）中，当原料中含有gd和/或dy时，首先将y与re混合熔炼为中间合金，再与其他原料进行混合熔炼。

12、进一步地，在部分实施例中，所述步骤b）中，热轧加工至少进行三次。

13、进一步地，在部分实施例中，所述步骤c）中，冷轧加工至少进行三次。

14、根据本发明又一个方面的实施例，提供一种核屏蔽材料的制造方法，采用前述任一实施例中所提供的用于制造核屏蔽材料的钇基合金作为原料，并包括以下步骤：将所述用于制造核屏蔽材料的钇基合金装入反应容器并抽真空，加热至850℃-950℃后通入氢气，使所述反应容器内的氢气压力达到所述用于制造核屏蔽材料的钇基合金的氢化反应的平衡压力，保持所述反应容器内的温度与氢气压力10h-24h，随后按照氢化钇的温度-压力平衡曲线冷却并抽真空，获得核屏蔽材料成品。

15、根据本发明再一个方面的实施例，提供一种核屏蔽材料，采用前述实施例中所提供的核屏蔽材料的制造方法制造。

16、进一步地，在部分实施例中，所述核屏蔽材料中原子数量h:y的值为1.5-1.9。

1.一种用于制造核屏蔽材料的钇基合金，其特征在于，按重量比计包括0.5%-25%的re，余量为y及不可避免的杂质；所述用于制造核屏蔽材料的钇基合金的基体组织为y，所述基体组织的晶粒尺寸为10μm-70μm，其晶界分布有yre2颗粒。

2.根据权利要求1所述的用于制造核屏蔽材料的钇基合金，其特征在于，所述用于制造核屏蔽材料的钇基合金，按重量比计含有0.5%-25%的re，不超过20%的gd和/或不超过20%的dy，余量为y及不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的用于制造核屏蔽材料的钇基合金，其特征在于，按重量比计，re含量为0.5%-10%，gd含量不超过10%，dy含量不超过10%。

4.一种用于制造核屏蔽材料的钇基合金的制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求1至3中任一项所述的用于制造核屏蔽材料的钇基合金，并包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的用于制造核屏蔽材料的钇基合金的制造方法，其特征在于，所述步骤a）中，进行熔炼时升温速率不低于10℃/min，加热至不低于2000℃后至少保温10min。

6.根据权利要求4或5所述的用于制造核屏蔽材料的钇基合金的制造方法，其特征在于，所述步骤a）中，当原料中含有gd和/或dy时，首先将y与re混合熔炼为中间合金，再与其他原料进行混合熔炼。

7.根据权利要求4所述的用于制造核屏蔽材料的钇基合金的制造方法，其特征在于，所述步骤b）中，热轧加工至少进行三次。

8.根据权利要求4所述的用于制造核屏蔽材料的钇基合金的制造方法，其特征在于，所述步骤c）中，冷轧加工至少进行三次。

9.一种核屏蔽材料的制造方法，其特征在于，采用如权利要求1至3中任一项所述的用于制造核屏蔽材料的钇基合金作为原料，并包括以下步骤：

10.一种核屏蔽材料，其特征在于，采用如权利要求9所述的核屏蔽材料的制造方法制造。

11.根据权利要求10所述的核屏蔽材料，其特征在于，所述核屏蔽材料中原子数量h:y的值为1.5-1.9。