辐射屏蔽高熵合金及其制备方法与应用、辐射屏蔽制品与流程

本申请涉及合金领域，特别是涉及一种辐射屏蔽高熵合金及其制备方法与应用、辐射屏蔽制品。

背景技术：

1、核能的发展利用受到广泛关注，以第二、第三代核电技术为基础的压水堆核电站等正得到越来越多的应用，同时以钠冷快堆、铅冷快堆等为代表的第四代先进核电技术也得到大力支持和快速发展。而未来核能的广泛应用和核电产业的快速可持续发展都离不开辐射防护和辐射安全技术的创新。

2、对核电站而言，众多核辐射类型中，以中子辐射和γ射线辐射最为重要，屏蔽需求也最为迫切。传统的复合屏蔽材料包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料和高分子基复合材料等，但这些复合屏蔽材料的中高温力学性能较差。

3、高熵合金（hea）是近年来逐渐兴起的一种新的合金设计理念，由5种或以上的金属元素组成，各组成元素的原子占比在5%~35%之间，其中的无序固溶体很难具体区分溶剂和溶质，其成分也一般位于相图的中心位置，具有较高的混合熵，常倾向于形成体心立方晶胞（bcc）、面心立方晶胞（fcc）和密排六方晶胞（hcp）等简单固溶体相，而非金属间化合物或者其它复杂有序相，这种独特的晶体结构使得高熵合金呈现出许多区别于传统金属合金的优异性能，如高强度、高室温韧性，较好的抗磨损、耐氧化、耐腐蚀性和热稳定性等。然而，传统的高熵合金无法同时满足较好的屏蔽中子辐射及γ射线辐射。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供了一种对中子辐射及γ射线同时具有较好的辐射屏蔽性能，且高温力学性能较好的辐射屏蔽高熵合金及其制备方法与应用。

2、本申请解决上述技术问题的技术方案如下。

3、本申请一方面提供了一种辐射屏蔽高熵合金的制备方法，包括以下步骤：

4、将钨单质和硼单质混合后于惰性气体气氛下进行第一烧结，得到钨硼复合物；及

5、将所述钨硼复合物与铝单质、钼单质、铌单质及钛单质混合后进行第二烧结。

6、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述钨单质与所述硼单质的摩尔比为(0.5~2.0):1。

7、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述铝单质、所述钼单质、所述铌单质、所述钛单质与所述钨硼复合物的摩尔比为(0.8~1.2):(0.5~1.0):(0.5~1.0):(0.8~1.2):1。

8、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述钨单质、所述硼单质所述铝单质、所述钼单质、所述铌单质及所述钛单质均以粉末的形式添加。

9、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述钨单质的粒径为100~1000目。

10、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述硼单质的粒径为100~1000目。

11、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述铝单质的粒径为150~500目。

12、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述钼单质的粒径为150~500目。

13、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述铌单质的粒径为150~500目。

14、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述钛单质的粒径为150~500目。

15、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述第一烧结的温度为1200℃~1400℃。

16、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，所述第二烧结的温度为1350℃~1500℃，压力为25 mpa~32 mpa，时间为5 min~15 min。

17、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金的制备方法中，在进行所述第二烧结步骤之后，还包括在所述第二烧结步骤得到的合金表面设置硼包覆层的步骤。

18、相应地，本申请提供了一种辐射屏蔽高熵合金，由上述制备方法制备得到。

19、本申请另一方面提供了一种辐射屏蔽高熵合金，所述辐射屏蔽高熵合金包括核层，所述核层的组分包括钨、硼、铝、钼、铌及钛。

20、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金中，按摩尔百分比计，所述核层包括以下组分：al 16.00%~30.00%、w 6.17%~18.52%、mo 10.20%~24.39%、nb 10.20%~24.39%、ti16.00%~30.00%及b 6.17%~18.52%。

21、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金中，所述辐射屏蔽高熵合金还包括设置于所述核层表面的硼包覆层。

22、在其中一些实施例中，辐射屏蔽高熵合金中，所述硼包覆层的厚度为2 μm~50 μm。

23、本申请还提供了上述辐射屏蔽高熵合金在制备辐射屏蔽制品中的应用。

24、本申请还提供了一种辐射屏蔽制品，包括上述辐射屏蔽高熵合金。

25、与现有技术相比较，本申请的辐射屏蔽高熵合金的制备方法具有如下有益效果：

26、上述辐射屏蔽高熵合金的制备方法，先将钨单质和硼单质混合后于惰性气体气氛下进行第一烧结，再将第一烧结后得到的钨硼复合物与铝单质、钼单质、铌单质及钛单质混合进行第二烧结，可有效避免硼单质在混料过程中出现偏析聚集现象，从而有效提升辐射屏蔽高熵合金对中子辐射及γ射线的屏蔽性能；且所得到的钨硼化合物与铝、钼、铌及钛的密度相差较小，从而保证与铝、钼、铌及钛混合的均匀性较好，有效促进硼发挥中子屏蔽作用，钨发挥γ射线屏蔽作用，从而使制得的辐射屏蔽高熵合金对中子辐射及γ射线具有较好的综合辐射屏蔽性能，且高温力学性能较好；同时由于所制得的是辐射屏蔽高熵合金，还具有较好的耐磨性能和耐腐蚀性能。

技术特征：

1.一种辐射屏蔽高熵合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钨单质与所述硼单质的摩尔比为(0.5~2.0):1。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝单质、所述钼单质、所述铌单质、所述钛单质与所述钨硼复合物的摩尔比为(0.8~1.2):(0.5~1.0):(0.5~1.0):(0.8~1.2):1。

4.如权利要求1~3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述钨单质、所述硼单质所述铝单质、所述钼单质、所述铌单质及所述钛单质均以粉末的形式添加。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法满足如下特征（1）~（6）中的至少一个：

6.如权利要求1~3、5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结的温度为1200℃~1400℃。

7.如权利要求1~3、5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二烧结的温度为1350℃~1500℃，压力为25 mpa~32 mpa，时间为5 min~15 min。

8.如权利要求1~3、5任一项所述的制备方法，其特征在于，在进行所述第二烧结步骤之后，还包括在所述第二烧结步骤得到的合金表面设置硼包覆层的步骤。

9.一种辐射屏蔽高熵合金，其特征在于，由权利要求1~8任一项所述的制备方法制备得到。

10.一种辐射屏蔽高熵合金，其特征在于，所述辐射屏蔽高熵合金包括核层，所述核层的组分包括钨、硼、铝、钼、铌及钛。

11.如权利要求10所述的辐射屏蔽高熵合金，其特征在于，按摩尔百分比计，所述核层包括以下组分：

12.如权利要求10~11任一项所述的辐射屏蔽高熵合金，其特征在于，所述辐射屏蔽高熵合金还包括设置于所述核层表面的硼包覆层。

13.如权利要求12所述的辐射屏蔽高熵合金，其特征在于，所述硼包覆层的厚度为2 μm~50 μm。

14.如权利要求9~13任一项所述的辐射屏蔽高熵合金在制备辐射屏蔽制品中的应用。

15.一种辐射屏蔽制品，包括如权利要求9~13任一项所述的辐射屏蔽高熵合金。

技术总结
本申请涉及一种辐射屏蔽高熵合金及其制备方法与应用、辐射屏蔽制品。辐射屏蔽高熵合金的制备方法包括以下步骤：将钨单质和硼单质混合后于惰性气体气氛下进行第一烧结，得到钨硼复合物；将钨硼复合物与铝单质、钼单质、铌单质及钛单质混合后进行第二烧结。该制备方法制得的辐射屏蔽高熵合金对中子辐射及γ射线同时具有较好的辐射屏蔽性能，且高温力学性能较好，同时还具有较好的耐磨性能和耐腐蚀性能。

技术研发人员：刘峰,李程鑫,蒋丹枫,李利,刘夏杰
受保护的技术使用者：中广核研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27