铀钼合金弥散燃料板制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铀钼燃料元件制造技术，具体涉及到了铀钼合金弥散燃料板制备方法。
【背景技术】
[0002]U-Mo合金燃料是一种新型的高铀密度燃料元件，具有辐照性能稳定、铀密度更高、后处理简单等优点，代表了世界研宄试验堆用新一代燃料的发展方向。研宄试验堆采用U-Mo合金燃料，可提高元件的铀装载量，延长燃料运行寿命，降低研宄试验堆运行成本，减少燃料循环费用。
[0003]U-Mo合金弥散燃料板制备技术是研发U-Mo合金燃料元件的关键基础技术。U-Mo合金弥散燃料板是由U-Mo合金粉均匀弥散的Al基芯体与铝合金包壳轧制复合而成的，其关键制备技术和工艺参数在国际上处于保密状态。
[0004]U-Mo合金弥散燃料板主要包括铀分布均匀性、芯体/包壳结合质量、包壳厚度等关键性能，其指标必须满足研宄试验堆燃料元件的国际通用技术要求。其中:铀分布均匀性要求芯体均匀区在名义铀面密度的±20%以内，狗骨区在名义铀面密度的+30%?100%以内；芯体/包壳结合质量要求退火起泡检验燃料板有效区域内无肉眼可见起泡，且超声检验的不结合缺陷面积小于与Φ2_圆相当的面积；包壳厚度要求均勾区最小包壳厚度不小于0.30mm，狗骨区最小包壳厚度不小于0.25mm。
[0005]与研宄试验堆现用的U3Si2-Al燃料元件相比，铀钼合金弥散燃料板的制备技术更加复杂，主要体现在:首先U-Mo合金的密度(P =17.6g/cm3)是咕“陶瓷密度(P =11.3g/cm3)的1.6倍，因此与基体Al粉的密度差更大，导致U-Mo合金粉与Al粉的混合均匀难度增大；其次，U-Mo合金燃料板芯体铀密度高于(5?8gU/cm3) U3Si2-Al燃料板(最大不超4.8gU/cm3)，而弥散燃料板的铀密度越高，“狗骨”区铀均匀性越难控制；第三，U-Mo合金的熔点和硬度等物理性质与U3Si2陶瓷相差异较大，因此燃料板的轧制工艺技术需重新探索。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种铀钼合金弥散燃料板的制备方法，制备出了满足技术条件的铀钼合金弥散燃料板，为研发新型铀钼合金燃料元件奠定了技术基础。
[0007]为解决以上技术难题，本发明的技术方案如下:
铀钼合金弥散燃料板制备方法，包括以下步骤:
A、配料步骤:取铀钼合金粉、铝硅合金粉备用；
B、混料步骤:将铀钼合金粉、铝硅合金粉投入到三维混料机中进行三维混料操作；
C、芯坯成型步骤:将混合后的物料投入到削角成型模具中，采用液压机压制出削角形状的燃料芯坯；
D、芯坯除气步骤:将削角形状的燃料芯坯在真空状态中进行热处理除气后得到弥散芯坯； E、组坯步骤^fAl框架和盖板进行机械加工后，进行表面处理，同时将弥散芯坯设置在Al框架中，采用盖板组装后焊接密封，形成轧制坯；
F、轧制步骤:将轧制坯加热进行热轧处理成弥散燃料板，热轧完的弥散燃料板进行起泡退火试验，对没有鼓泡的弥散燃料板进行冷轧，使弥散燃料板达到预定尺寸，最后进行矫直，形成铀钼合金弥散燃料板。
[0008]研宄试验堆现用的燃料元件为U3Si2-Al弥散燃料板，其制作工艺为:选用U3Si2粉和Al粉混合成型后组装在铝合金框架与盖板之间，然后轧制成薄板，可以参考现有技术《U3Si2-Al弥散型燃料元件》，该资料中未提及具体的轧制方法，其内容大量的披露了U3Si2-Al弥散型燃料元件的参数性能。
[0009]铀钼合金弥散燃料板的制备技术在国外处于保密状态，没有任何资料可以参考铀钼合金弥散燃料板的具体制备技术。首次，U-Mo合金的密度(P =17.6g/cm3)是U3Si2陶瓷密度(P =11.3g/cm3)的1.6倍，因此与基体Al粉的密度差更大，导致U-Mo合金粉与Al粉的混合均匀难度增大；其次，U-Mo合金燃料板芯体铀密度(5?8gU/cm3)高于U3Si2-Al燃料板(最大不超4.8gU/cm3)，而弥散燃料板的铀密度越高，“狗骨”区铀均匀性越难控制；第三，U-Mo合金的熔点和硬度等物理性质与U3Si2陶瓷相差异较大，因此燃料板的制备技术需重新探索。
[0010]本发明通过制定合理的U-Mo合金弥散燃料板制备技术路线，在国内首次成功制备出满足技术要求的U-Mo合金弥散燃料板；通过确定合理的U-Mo合金粉粒度，有利于提高燃料颗粒的燃耗和与基体Al粉的混料均匀性；通过确定合理的基体Al-Si粉中的Si含量，有利于提高燃料元件的抗福照性能；通过确定合理的Al-Si粉粒度，有利于主动与U-Mo合金粉混合均匀；通过制定合理的三维混料工艺参数，能保证U-Mo粉和Al-Si粉充分混合均匀，有利于提高燃料板的铀分布均匀性；通过制定合理的削角芯坯成型工艺参数，能制备出密度均匀、尺寸满足设计要求和强度满足轧制要求的削角燃料芯坯；通过制定合理的均匀热轧技术，能同时兼顾U-Mo合金弥散燃料板的铀分布均匀性、结合质量和包壳厚度等关键性能指标满足技术要求。
[0011]本发明能够成功制备出满足技术要求的U-M0合金弥散燃料板，其中:芯体均匀区铀分布均匀性在名义面密度的±12%以内，狗骨区在名义面密度的±20%以内，远远优于技术要求；结合质量满足退火起泡检验和超声检验的判定要求；均匀区最小包壳厚度不小于0.32mm，狗骨区最小包壳厚度不小于0.28mm。
[0012]铀钼合金粉的粒度控制在44 μπι?125 μm。
[0013]小于44 μ m的铀钼合金粉的质量分数不超过5%，大于125 μ m的铀钼合金粉的质量分数不超过5%。
[0014]铝硅合金粉中硅的质量分数为2%?6%，铝硅合金粉的粒度小于或等于74 μ m。
[0015]小于或等于44 μ m的铝硅合金粉的质量分数占80%以上。
[0016]上述技术中，选用上述铀钼合金粉的粒度，有利于提高燃料颗粒的燃耗和与铝硅合金粉的混料均匀性。选用上述Si含量的铝硅合金粉，有利于提高燃料元件的抗辐照性能；选用上述铝硅合金粉的粒度，有利于铝硅合金粉主动与铀钼合金粉混合均匀。
[0017]混料步骤的工艺参数为:三维混料机工作频率为10?30Hz，混料机主轴转速为2r/ min?6r/min，混料时间为60 min?120min。能保证铀钼合金粉和销娃合金粉充分混合均匀，有利于提高燃料板的铀分布均匀性。
[0018]制备燃料芯坯的具体方法是:在削角成型模具中对混合后的物料进行压制，采用压制压力为500MPa?750Mpa、保压时间为10?20s，能制备出密度均匀、尺寸满足设计要求和强度满足轧制要求的削角燃料芯坯。
[0019]轧制步骤中热轧轧制坯的具体工艺是:采用多道次中等变形量的均匀热轧技术轧制成弥散燃料板，轧制温度为480°C?520°C，轧制道次为6?8道，前三道轧制每道变形量为25%?28%。能同时兼顾铀钼合金弥散燃料板的铀分布均匀性、结合质量和包壳厚度等关键性能指标满足技术要求。
[0020]本发明的效果在于:根据本发明制备得到的铀钼合金弥散燃料板，其芯体均匀区铀分布均匀性在名义面密度的±12%以内，狗骨区在名义面密度的±20%以内，远远优于技术要求；结合质量满足退火起泡检验和超声检验的判定要求；燃料板包壳厚度满足技术要求。
【附图说明】
[0021]图1为本发明的工艺技术路线图。
[0022]图2为布料装置的侧视图。
[0023]图3为布料台和固定台的俯视图。
[0024]图4为布料台与成型模具的结构关系图。
[0025]图中的附图标记分别表示为:1、固定台；2、布料台；3、螺栓；4、限位螺母；5、插入孔；6、成型模具；7、下模。