一种高性能硼-钨-不锈钢复合材料核屏蔽大型构件的成形方法技术

发明专利技术提供一种高性能硼

【技术实现步骤摘要】
一种高性能硼
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钨
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件的成形方法


[0001]本专利技术涉及金属基复合材料
，特别涉及一种高性能硼
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钨
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件的成形方法。

技术介绍

[0002]核电堆内构件长期承受高温、高压等恶劣环境，对材料性能要求高。此外，核电堆内各类有害射线，尤其是穿透力强、危害性大的中子和γ射线，需重点防护。因此，高效稳定的核电堆内构件材料应具有优异的综合力学性能和良好的复合屏蔽功能。金属基复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料，具有单一金属材料不具备综合力学性能。并且，通过增强相的定制，可以使其成为具有特定功能的核屏蔽材料。然而，核电堆内构件通常尺寸大、结构复杂，这也给金属基复合材料的成形方法带来了挑战。
[0003]目前，用于核屏蔽金属基复合材料的成形方法主要是传统铸造和粉末冶金工艺。铸造工艺虽然可以生产形状复杂的金属基复合材料构件，但构件通常存在组织不致密、晶粒不均匀和力学性能低下等问题，且一般需要经过后续的热锻和热轧工艺才能满足使用需求。粉末冶金工艺受制于模具形状和粉末的流动性差，很难成形出大体积、形状复杂的金属基复合材料构件。
[0004]因此，针对具有复合屏蔽功能的高性能核电堆内金属基复合材料大型构件的制造需求，亟需寻求更为先进的成形方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高性能硼
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钨
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件的成形方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种粉芯丝材，包括粉芯和不锈钢外皮。所述不锈钢外皮将粉芯包裹。所述粉芯为硼钨增强相颗粒。所述硼钨增强相颗粒包括如下组分：不锈钢粉末、含硼颗粒和含钨颗粒。所述含硼颗粒为硼颗粒、含硼合金颗粒或硼钨化合物颗粒中的一种或任意多种的组合。所述含钨颗粒为钨颗粒、钨合金颗粒或硼钨化合物颗粒中的一种或任意多种的组合。
[0007]进一步，所述粉芯丝材的直径为1.2mm～3.2mm。
[0008]进一步，所述粉芯丝材的粉芯填充率为2.8％～76.6％。
[0009]进一步，所述不锈钢外皮为奥氏体不锈钢管。
[0010]进一步，所述不锈钢外皮为奥氏体不锈钢条带。
[0011]本专利技术还公开一种上述粉芯丝材的制备方法，将粉芯装填到奥氏体不锈钢管中形成粉芯丝材初坯。对粉芯丝材初坯进行振动、拉拔和退火工艺，获得预定直径值的粉芯丝材。
[0012]本专利技术还公开一种上述粉芯丝材的制备方法，将奥氏体不锈钢条带压制形成槽型结构。将粉芯添加至槽型结构中。对槽型结构的槽口进行卷制合口操作，获得粉芯丝材初坯。对粉芯丝材初坯进行拉拔和减径，获得预定直径值的粉芯丝材。
[0013]本专利技术还公开一种高性能硼
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件，该大型构件采用如上述的粉芯丝材为原材料，通过电弧增材制造工艺加工制得。
[0014]本专利技术还公开一种上述高性能硼
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件的成形方法，以电弧为热源对粉芯丝材进行加热。粉芯丝材逐层熔覆堆积在基板上形成核屏蔽大型构件。其中，所述基板为金属材料板材。
[0015]进一步，电弧增材制造工艺的具体工艺参数为：焊接电流：160～250A，焊接电压：24～30V，焊枪移速：7mm/s。
[0016]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的：
[0017]A.通过同时引入硼元素和钨元素来实现中子吸收和γ射线屏蔽的功能，可以满足核电堆内构件的复合屏蔽功能需求；
[0018]B.利用硼钨增强相颗粒对奥氏体不锈钢基体的弥散强化效果，可以大幅提升硼
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件的综合力学性能；
[0019]C.可以通过改变不锈钢管的内外径或不锈钢带的厚度、宽度来灵活调节硼钨增强相颗粒粉芯体积分数。并且可以通过球磨来实现任意比例硼钨增强相颗粒的混合，以满足实际工程应用中的不同屏蔽需求；
[0020]D.通过粉芯丝材将金属基复合材料成形和电弧增材制造技术相结合，可以实现硼
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件的结构
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功能一体化成形，具有成本低、效率高、成形尺寸不受限制的优点。
附图说明
[0021]图1为实施例4中粉芯丝材示意图；
[0022]图2为实施例5中粉芯丝材示意图；
[0023]图3为高性能硼
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钨
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件方法流程图；
[0024]图4为实施例11基于GTAW电弧增材制造技术的高性能硼
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件的成形方法示意图；
[0025]图5为实施例11中B4C
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WC
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不锈钢复合材料核屏蔽大型核电堆内回路管道；
[0026]图6为实施例14中基于GMAW电弧增材制造技术的高性能硼
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不锈钢复合材料核屏蔽大型构件成形方法示意图；
[0027]图7为实施例14中B
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W
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不锈钢复合材料核屏蔽稳压器卸压箱。
[0028]图中：基板1、核屏蔽大型构件2、不锈钢外皮3、粉芯4、旁路送丝机构6、GTAW电弧焊枪7、GMAW电弧焊枪70、粉芯丝材8。
具体实施方式
[0029]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。
[0030]实施例1：
[0031]本实施例提供一种粉芯丝材。粉芯丝材8包括粉芯4和不锈钢外皮3。所述不锈钢外皮3将粉芯4包裹。所述粉芯4为硼钨增强相颗粒。所述硼钨增强相颗粒包括如下组分：不锈钢粉末、含硼颗粒和含钨颗粒。所述含硼颗粒为硼颗粒、含硼合金颗粒或硼钨化合物颗粒中的一种或任意多种的组合。所述含钨颗粒为钨颗粒、钨合金颗粒或硼钨化合物颗粒中的一种或任意多种的组合。
[0032]实施例2：
[0033]本实施例主要内容同实施例1，其中，粉芯包括如下质量份组分：2～5质量份B4C颗粒、50～55质量份WC颗粒、2～5质量份镍粉、1～3质量份铌粉以及1～3质量份硅铁粉，余量为不锈钢粉末和不可避免的杂质。
[0034]实施例3：
[0035]本实施例主要内容同实施例1或2，其中，所述粉芯丝材的直径为1.2mm～3.2mm。所述粉芯丝材的粉芯填充率为2.8％～76.6％。硼钨增强相颗粒填充率可通过调整丝材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粉芯丝材，其特征在于：粉芯丝材(8)包括粉芯(4)和不锈钢外皮(3)；所述不锈钢外皮(3)将粉芯(4)包裹；所述粉芯(4)为硼钨增强相颗粒；所述硼钨增强相颗粒包括如下组分：不锈钢粉末、含硼颗粒和含钨颗粒。所述含硼颗粒为硼颗粒、含硼合金颗粒或硼钨化合物颗粒中的一种或任意多种的组合；所述含钨颗粒为钨颗粒、钨合金颗粒或硼钨化合物颗粒中的一种或任意多种的组合。2.根据权利要求1所述的一种粉芯丝材，其特征在于：所述粉芯丝材(8)的直径为1.2mm～3.2mm。3.根据权利要求1所述的一种粉芯丝材，其特征在于：所述粉芯丝材(8)的粉芯填充率为2.8％～76.6％。4.根据权利要求1～3中任意一种所述的一种粉芯丝材，其特征在于：所述不锈钢外皮(3)为奥氏体不锈钢管。5.根据权利要求1～3中任意一种所述的一种粉芯丝材，其特征在于：所述不锈钢外皮(3)为奥氏体不锈钢条带。6.一种根据权利要求4所述的粉芯丝材的制备方法，其特征在于：将粉芯(4)装填到奥氏体不锈钢管中形成粉芯丝材初坯；对粉芯丝材初坯进行振动、拉拔和退火工艺，获得预定直径值的粉芯丝材(8)。7.一种根据权利要求5所述的粉芯丝材的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊浩，张文军，曹华军，贾乐，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：