一种铝基硼化钨复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铝基硼化钨复合材料及其制备方法，原料包括硼化钨粉末，以及纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种。本发明专利技术所述一种铝基硼化钨复合材料及其制备方法，采用微米级粉末，容易购买，价格低廉。本发明专利技术采用热等静成形与烧结同时进行，工序简单，材质均匀，材料致密度高，相对密度达到99.5%以上。（3）本发明专利技术采用玻璃珠喷丸处理工艺对铝基硼化钨复合材料进行表面处理，有效避免了腐蚀。综上所述，采用本发明专利技术制备的铝基硼化钨复合材料具有相对密度高、良好的x、γ射线及中子屏蔽性能等特点，可应用于核电厂、核动力装置等辐射防护领域，具有广泛的应用前景。采用上述方法制备的铝基硼化钨复合材料具有相对密度大于99.5%，材料室温抗拉强度大于300MPa、屈服强度大于200MPa、延伸率大于5%。

Aluminum based boride tungsten composite material and preparation method thereof

The invention relates to an aluminum base boride tungsten composite material and a preparation method thereof, wherein the raw material comprises boride tungsten powder, and one or two kinds of pure aluminium powder and aluminum alloy powder. The aluminum base boride tungsten composite material and the preparation method thereof adopt micron grade powder, which is easy to purchase and low in price. The invention adopts the same process of hot isostatic forming and sintering. The process is simple, the material is even, the density of the material is high, and the relative density is above 99.5%. (3) the invention adopts the glass bead shot blasting treatment process to carry out surface treatment of the aluminum base boride tungsten composite material, so as to effectively avoid corrosion. In summary, prepared by the invention of aluminum based boron tungsten composite material has relatively high density, good x, gamma ray and neutron shielding performance, can be used in the nuclear power plant, nuclear power plant, radiation protection, and has wide application prospect. The aluminum boride tungsten carbide composite material prepared by the method has relative density greater than 99.5%, and the tensile strength of the material is greater than 300MPa at room temperature, and the yield strength is greater than 200MPa and the elongation is greater than 5%.

【技术实现步骤摘要】
一种铝基硼化钨复合材料及其制备方法
本专利技术属于辐射防护
，涉及一种铝基硼化钨复合材料及其制备方法。
技术介绍
核电厂、核动力装置辐射场环境下有大量的x、γ射线、中子，这些x、γ射线及中子需要辐射防护屏蔽材料，目前常用的材料有铅硼聚乙烯、含硼聚丙烯、镉板、硼钢、钨基高比重合金、碳化硼和铝基碳化硼等材料，上述材料只有铅硼聚乙烯材料可以同时屏蔽x、γ射线及中子，其他材料只能对x、γ射线或中子中的一种具有屏蔽效果。铅硼聚乙烯材料成分中含有大量的铅，由于铅无法降解，一旦进入环境很长时间仍保持其可用性，在环境中长期持久存在，又对生命组织有较强的潜在毒性，严重情况可能致人死亡。铅在很多国家被列为强污染源，很多国家核的确开始限制使用，所以继续一种可以无铅又可以防护x、γ射线及中子的材料。专利201410075532.1公开了一种碳化硅／硼化钨复合材料及其制备方法。该复合材料由钨二硼五增强相和碳化硅基体组成，钨二硼五增强相均匀弥散地分布于碳化硅基体中。采用碳化钨粉、碳化硼粉和硅粉，或者碳化钨粉、碳化硼粉、硅粉和碳化硅粉、钨二硼五粉之一种或两种为原料，经物理机械方法混合8～24小时，装入石墨模具中冷压成型，施加的压强为10～20MPa；在通有惰性气体保护气氛的热压炉内烧结，升温速率为1～20℃/分钟，烧结温度为1600～2000℃、烧结时间为0.5～3小时、烧结压强为10～300MPa。但该复合材料的屏蔽效果并不理想。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种铝基硼化钨复合材料及其制备方法。该铝基硼化钨复合材料具有相对密度高、良好的x、γ射线及中子屏蔽性能，采用热等静压工艺制备，并采用玻璃喷丸进行表面处理，制备工艺简单，适合批量化生产。本专利技术提供了如下的技术方案：一种铝基硼化钨复合材料，原料包括硼化钨粉末，以及纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种。在上述方案中优选的是，原料包括质量百分比为5~50%的硼化钨粉末和50~95%的纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种。在上述任一方案中优选的是，所述硼化钨粉末中硼化钨含量为99%以上。在上述任一方案中优选的是，所述硼化钨粉末的粒度为0.5~25μm。所述硼化钨粉末的粒度优选为0.5~10μm或10~25μm，进一步优选为0.5μm、10μm或25μm。在上述任一方案中优选的是，所述纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种的粒度为0.5~75μm。，所述铝合金粉末的粒度优选为0.5~10μm、10~25μm或25~75μm。进一步优选为0.5μm、10μm、25μm或75μm。在上述任一方案中优选的是，所述硼化钨粉末为硼化二钨粉末。在上述任一方案中优选的是，所述铝合金粉末为1100铝粉和/或6061铝合金粉末。本专利技术所述铝基硼化钨复合材料的原料包括不可避免带入的杂质。本专利技术还提供铝基硼化钨复合材料的制备方法，包括以下各步骤：（1）原料粉末配制步骤：将硼化钨粉末和纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种混合均匀，得到混合粉末；（2）热等静压成形步骤：将所述混合粉末装入包套，经过抽气、密封、热等静压处理，得到热等静压坯料；（3）机加工步骤：将所述热等静压坯料去除包套，根据成品图纸要求加工即可，得到加工坯料；（4）表面处理步骤：将所述加工坯料进行表面处理。在上述方案中优选的是，所述原料粉末配制步骤中，原料混合时间为6~26小时。在上述任一方案中优选的是，所述原料粉末配制步骤中，原料混合时间为6小时。在上述任一方案中优选的是，所述原料粉末配制步骤中，原料混合时间为12小时。在上述任一方案中优选的是，所述原料粉末配制步骤中，原料混合时间为18小时。在上述任一方案中优选的是，所述原料粉末配制步骤中，原料混合时间为26小时。在上述任一方案中优选的是，所述热等静成形步骤中，包套抽真空温度为200-450℃。包套抽真空温度为200以上，不高于450℃。除气效率更高，残留气体更少。包套抽真空温度更优选为200℃、300℃、400℃或450℃；在上述任一方案中优选的是，所述包套进行热等静压处理，压力为70-150MPa，温度为400-620℃，保温时间为1.5~4小时。保温时间更长，得到的坯料致密度更高，与硼化钨的界面结合更加充分。热等静压压力更优选为70MPa、120MPa或150MPa；热等静压温度更优选为400℃、500℃或620℃；热等静压保温时间更优选为1.5小时、3小时或4小时。在上述任一方案中优选的是，所述热等静成形坯料的相对密度大于99.5%。在上述任一方案中优选的是，所述表面处理步骤采用玻璃珠喷丸处理。本专利技术与现有技术方案相比具有以下有益效果：（1）本专利技术所述一种铝基硼化钨复合材料及其制备方法，采用微米级粉末，容易购买，价格低廉。（2）本专利技术采用热等静成形与烧结同时进行，工序简单，材质均匀，材料致密度高，相对密度达到99.5%以上。（3）本专利技术采用玻璃珠喷丸处理工艺对铝基硼化钨复合材料进行表面处理，有效避免了腐蚀。综上所述，采用本专利技术制备的铝基硼化钨复合材料具有相对密度高、良好的x、γ射线及中子屏蔽性能等特点，可应用于核电厂、核动力装置等辐射防护领域，具有广泛的应用前景。采用上述方法制备的铝基硼化钨复合材料具有相对密度大于99.5%，材料室温抗拉强度大于300MPa、屈服强度大于200MPa、延伸率大于5%。附图说明图1是本专利技术的铝基硼化钨复合材料及其制备方法的一优选实施例的流程图；图2是图1所示本专利技术的铝基硼化钨复合材料及其制备方法的一优选实施例的微观组织图。具体实施方式为了进一步了解本专利技术的技术特征，下面结合具体实施例对本专利技术进行详细地阐述。实施例只对本专利技术具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本专利技术的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本专利技术的保护范围。本专利技术硼化钨粉末可购自锦州海鑫，纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种可购自浙江乾元。实施例1本实施例提供的铝基硼化钨复合材料质量百分比为：硼化钨粉末：5%，纯铝粉：95%。所述硼化钨粉末为硼化二钨粉末，所述含铝粉末采用纯铝粉。本实施例的铝基硼化钨复合材料的制备方法如图1所示，包括如下步骤：（1）原料粉末配制步骤：将粒度为0.5μm硼化钨粉50g、粒度为75μm的纯铝粉末950g混合均匀，混合时间为6小时得到1000g混合粉末；（2）热等静压成形步骤：将所述混合粉料装入包套、真空抽气温度为200℃、密封、热等静压处理，压制压力为70MPa，温度为400℃，保温时间为1.5小时，得到热等静压坯料；（3）机加工步骤：将所述热等静压坯料去除包套，根据成品图纸要求加工即可，得到加工坯料；（4）表面处理步骤：将所述加工坯料采用玻璃珠喷丸进行表面处理。本实施例制备的铝基硼化钨复合材料的微观组织如图2所示，本实施例制备的铝基硼化钨复合材料相对密度为99.5%，室温抗拉强度为305MPa、屈服强度为210MPa、延伸率为5.5%。并且，经过辐射实验，本实施例的x、γ射线及中子屏蔽复合材料既能屏蔽x、γ射线，也能屏蔽中子。实施例2本实施例提供的铝基硼化钨复合材料质量百分比为：硼化钨粉末：40%，铝合金粉末：60%。所述硼化钨粉末为硼化二钨粉末，所述铝合金粉末采用1100铝粉。本实施例的铝基硼化钨复合材料的制备方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基硼化钨复合材料，原料包括硼化钨粉末，以及纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种。

【技术特征摘要】
1.一种铝基硼化钨复合材料，原料包括硼化钨粉末，以及纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种。2.根据权利要求1所述的铝基硼化钨复合材料，其特征在于：原料包括质量百分比为5~50%的硼化钨粉末以及50~95%的纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种。3.根据权利要求2所述的铝基硼化钨复合材料，其特征在于：所述硼化钨粉末中硼化钨含量为99%以上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的铝基硼化钨复合材料，其特征在于：所述硼化钨粉末的粒度为0.5~25μm。5.根据权利要求1至3中任一项所述的铝基硼化钨复合材料，其特征在于：所述纯铝粉末和铝合金粉末中的一种或两种的粒度为0.5~75μm。6.根据权利要求1至3中任一项所述的铝基硼化钨复合材料，其特征在于：所述硼化钨粉末为硼化二钨粉末。7.根据权利要求1至3中任一项所述的铝基硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铁军，刘桂荣，赵博鸿，裴燕斌，陈锦，顾潮冰，
申请(专利权)人：安泰核原新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13