核屏蔽用耐高温镨硅合金、核屏蔽材料及其制造方法与流程

本发明属于核工程材料领域，具体涉及一种核屏蔽用耐高温镨硅合金、核屏蔽材料及其制造方法。

背景技术：

1、镨（pr）属于低活化材料，中子辐照后感生放射性低活度低。prh2具有良好的中子屏蔽性能，同时其分解温度较高，能够在600℃-1000℃的环境下长期服役，相较于lih、zrh2、tih2等常规屏蔽材料具有更好的热稳定性；同时prh2为bcc结构，相较于hcp结构的材料具有更好的加工性能。但是，镨在高温、水环境下易与氧、氮反应发生高温氧化，腐蚀问题突出；同时，prh2仅能屏蔽快中子，对热中子屏蔽能力弱；添加b改性虽可细化晶粒并提高热中子吸收，但b吸收中子后释放氦气，会带来新的辐照肿胀问题；进一步地，prh2晶粒粗大、各向异性显著，在吸氢过程中因吸氢量及速率差异产生应力集中，导致吸氢开裂，因此目前常规工艺难以制造具有工程应用价值的大块prh2材料。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种核屏蔽用耐高温镨硅合金，该合金能够用于制造大体积的含镨核屏蔽材料。本发明还提供一种耐高温镨硅合金的制造方法，一种核屏蔽材料及其制造方法。

2、根据本发明一个方面的实施例，提供一种核屏蔽用耐高温镨硅合金，该合金按重量比计含有0.5%-5%的si，余量为pr和不可避免的杂质，所述核屏蔽用耐高温镨硅合金基体组织为pr，晶粒尺寸为10μm-40μm，所述基体组织中分布有si2pr颗粒。

3、通过在镨基合金中添加si元素，利用si与pr形成高熔点化合物si2pr实现晶粒细化至10~40μm，使合金在高温氢化过程中内应力分散、不开裂，解决了粗晶镨基合金吸氢开裂的工程化瓶颈；si具有中子活性低、不辐照肿胀、不与氢反应的特性，避免了添加b元素带来的辐照肿胀问题。

4、进一步地，在部分实施例中，所述核屏蔽用耐高温镨硅合金按重量比计由0.5%-5%的si，不超过15%的dy和/或不超过15%的gd，余量的pr及不可避免的杂质组成。dy与gd的添加能够进一步提高对热中子及γ射线的吸收性能。

5、进一步地，在部分实施例中，所述核屏蔽用耐高温镨硅合金中，si含量为0.5%-2.5%，dy含量不超过10%，gd含量不超过10%。对dy与gd含量进行控制，能够在保持良好核屏蔽性能的基础上改善材料的加工性能。

6、根据本发明另一个方面的实施例，提供一种核屏蔽用耐高温镨硅合金的制造方法，用于制造前述任一实施例中所提供的核屏蔽用耐高温镨硅合金。该方法包括以下步骤：

7、步骤a）：按照所述核屏蔽用耐高温镨硅合金的成分提供原料，在惰性气体保护下进行熔炼，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，随后在不低于850℃的温度下进行热轧加工，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，得到核屏蔽用耐高温镨硅合金成品。

10、进一步地，在部分实施例中，在所述步骤a）中，首先抽真空至压力不高于3×10-3pa，随后通入惰性气体作为保护气氛，以不低于10℃/min的升温速率升温至不低于1700℃，并保温熔炼至少10min，得到合金熔体后浇铸得到合金铸锭。

11、进一步地，在部分实施例中，所述步骤b）中，至少进行三次热轧加工。

12、进一步地，在部分实施例中，所述步骤c）中，至少进行三次冷轧加工，退火处理在真空或惰性气氛保护下进行。

13、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，该方法采用前述任一实施例中所提供的核屏蔽用耐高温镨硅合金作为原料，并包括以下步骤：

14、在真空反应容器中将所述核屏蔽用耐高温镨硅合金加热至600℃-700℃，向所述反应容器内通入0.25kpa-1.5kpa的氢气以使所述核屏蔽用耐高温镨硅合金充分氢化；重新抽真空并冷却后得到核屏蔽材料成品。

15、进一步地，在部分实施例中，所述核屏蔽用耐高温镨硅合金采用前述任一实施例中所提供的所述核屏蔽用耐高温镨硅合金的制造方法制造。其中，所述步骤c）中，退火在真空炉中进行，退火完成后继续在同一所述真空炉中进行氢化处理。

16、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。

17、进一步地，在部分实施例中，所述核屏蔽材料中h:pr值为1.5-1.8。

1.一种核屏蔽用耐高温镨硅合金，其特征在于，按重量比计包括0.5%-5%的si，余量为pr和不可避免的杂质，所述核屏蔽用耐高温镨硅合金基体组织为pr，晶粒尺寸为10μm-40μm，所述基体组织中分布有si2pr颗粒。

2.根据权利要求1所述的核屏蔽用耐高温镨硅合金，其特征在于，所述核屏蔽用耐高温镨硅合金按重量比计由0.5%-5%的si，不超过15%的dy和/或不超过15%的gd，余量的pr及不可避免的杂质组成。

3.根据权利要求2所述的核屏蔽用耐高温镨硅合金，其特征在于，所述核屏蔽用耐高温镨硅合金中，si含量为0.5%-2.5%，dy含量不超过10%，gd含量不超过10%。

4.一种核屏蔽用耐高温镨硅合金的制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求1至3中任一项所述的核屏蔽用耐高温镨硅合金，并包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的核屏蔽用耐高温镨硅合金的制造方法，其特征在于，在所述步骤a）中，首先抽真空至压力不高于3×10-3pa，随后通入惰性气体作为保护气氛，以不低于10℃/min的升温速率升温至不低于1700℃，并保温熔炼至少10min，得到合金熔体后浇铸得到合金铸锭。

6.根据权利要求4所述的核屏蔽用耐高温镨硅合金的制造方法，其特征在于，所述步骤b）中，至少进行三次热轧加工。

7.根据权利要求4所述的核屏蔽用耐高温镨硅合金的制造方法，其特征在于，所述步骤c）中，至少进行三次冷轧加工，退火处理在真空或惰性气氛保护下进行。

8.一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中任一项所述的核屏蔽用耐高温镨硅合金作为原料，并包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的核屏蔽材料的制造方法，其特征在于，所述核屏蔽用耐高温镨硅合金采用如权利要求4至7中任一项所述的核屏蔽用耐高温镨硅合金的制造方法制造；所述步骤c）中，退火在真空炉中进行，退火完成后继续在同一所述真空炉中进行氢化处理。

10.一种核屏蔽材料，其特征在于，采用如权利要求8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h:pr值为1.5-1.8。