本发明专利技术公开了屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb‑Li‑Si铅锂合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Li:0.4‑2.5wt.%,Si:1.8‑3.6wt.%,Bi:1.4‑2.3wt.%,Ni:0.8‑1.2wt.%，Sn:0.2‑0.4wt.%,La:0.1‑0.2wt.%,余量为铅。该铅锂合金具有传统屏蔽材料用铅合金不具备的高强度和耐腐蚀能力。可有效地用于核堆、医用放射源屏蔽、核废料处理等领域。生产工艺简单,对设备要求低,便于大规模的产业化应用。
High strength corrosion resistant Pb-Li-Si lead lithium alloy for shielding materials
The invention discloses a high-strength corrosion resistant Pb Li Li Si lead lithium alloy for shielding materials and its processing technology. According to the weight percentage, the composition of the alloy is: Li:0.4 2.5wt.%, Si:1.8 3.6wt.%, Bi:1.4 2.3wt.%, Ni:0.8 1.2wt.%, Sn:0.2 0.4wt.%, La:0.1 0.2wt.%, and the remainder is lead. The lead lithium alloy has the high strength and corrosion resistance of traditional shielding materials with lead alloy. It can be effectively used in nuclear reactor, medical radioactive source shielding, nuclear waste treatment and other fields. The production process is simple, the equipment requirements are low, and it is convenient for large-scale industrial application.
【技术实现步骤摘要】
屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb-Li-Si铅锂合金
本专利技术涉及合金
，具体地说，涉及一种铅锂合金。
技术介绍
核能利用是国防力量和国民经济水平的重要标志，显示了一个国家的综合实力。在能源日趋匾乏的二十一世纪，核电将成为最主要的清洁、高效、可靠的能源。当反应堆运行时，核裂变反应将产生大量中子和γ射线，裂变产物衰变也释放出α、β粒子和γ射线。α和β粒子射程很短，很容易被空气或其他物体吸收，一般对操作人员不构成威胁。中子和γ射线有极强穿透能力。为了阻挡它们要求在反应堆四周设置保护屏蔽层保护人员和设备免受放射线伤害。屏蔽快中子需选用轻元素组成的材料，屏蔽γ射线则需选用重元素组成的材料，因此堆外屏蔽层往往采用兼含轻重元素的联合结构。核能利用显示一个国家综合实力，是国防力量和国民经济水平的重要标志，因此和平开发核能为各国所广泛重视。目前，由于对核辐射剂量的控制越发严格，使得屏蔽材料市场竞争日趋激烈，日益受到该领域高度重视。各国均投入大量的人力和物力对辐射屏蔽合金材料进行深入研究，发达国家特别是美国、日本、俄罗斯等国已经形成规模化的屏蔽材料产业，能生产多类别和系列的规格化产品。由于重金属铅的卓越吸收能力，以其为基体的屏蔽材料历来广受关注。但铅强度、抗剪切性等力学性能较低而使应用受限，因此开发兼具优良射线屏蔽性和强度性能的铅基材料十分重要。人们不断追求合金性能和加工性能的最佳组合的来满足日益提升的要求。目前，在欧美、日本等发达国家已经通过几十年的努力对核反应堆合金材料进行了多方位的创新。我国目前的屏蔽材料用合金的产品还很单一,在有温度要求的工作环境中不能适用。开发具备特殊性能铅合金有两种方法，一种是加入合金元素通过固溶强化来强化基体，另一种是通过加入第二相强化相形成铅基复合材料。在铅合金中加入锂后，通过优化合金的成分和配比能使得铅合金的有良好的多重辐射屏蔽性能。随着我国工业的快速发展，开发新型高强耐腐蚀屏蔽材料用铅合金已成为必然。铅锂合金具有很独特的性能：(1)性能优良、成本适中、工艺成熟。在核石油勘探等领域存在着较大应用前景。其强度和硬度指标远远超过传统的铅及其合金，接近普碳钢的强度和硬度，有良好的多重辐射屏蔽性能。(2)第二相由于稳定性高，不会因长期保持而导致合金软化，从而可使铅得到有效的强化，在较高温度下也能保持较高的强度性质。(3)拥有良好的延展性能，可以有效降低铅锂合金的加工难度满足作为结构工程材料使用的需要。铅锂合金在熔炼过程中极易发生燃烧，甚至爆炸。这是因为锂的氧化物和氮化物的体积小于生成这些化合物所消耗的金属的体，因此其氧化物和氮化物不足以包覆金属表面。形成的氧化膜和氮化膜疏松多孔且很脆，氧可通过氧化膜和氮化膜的孔隙与合金熔体继续作用，释放出大量的热并导致铅锂熔体燃烧。因此，铅锂合金产业化的一个重要课题是如何阻止铅锂合金在大气环境下冶炼时的高温氧化燃烧。目前，常用的阻燃方法是熔剂保护法与气体保护法。这些方法存在铸件易产生熔剂夹杂、污染环境以及设备和工艺复杂等缺点。通过合金化方法达到阻燃是解决铅锂合金燃烧问题的先进方法。合金化阻燃法其机理是在铅锂合金熔炼过程中添加特定的合金元素来影响合金氧化的热力学与动力学过程，形成具有保护作用的致密氧化膜和氮化膜，达到阻止合金剧烈氧化和氮化的目的，并且铅锂合金在后续加工过程中的氧化燃烧的倾向大大降低，从而提高铅锂合金的加工安全性。但是，作为一种结构材料，只具有熔炼时的抗燃烧性能是远远不能满足要求的，更重要的是最终的铅锂合金产品还要同时拥有令人满意的力学强度，至少要能达到常用铅锂合金的力学性能水平。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在350-400度大气条件下进行熔炼的屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb-Li-Si铅锂合金及其加工工艺。且在此温度区间熔炼的合金最终产品具有铅锂合金材料所需要优异的强度和高的屏蔽能力。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb-Li-Si铅锂合金。按重量百分比计，合金的组成为：Li:0.4-2.5wt.%,Si:1.8-3.6wt.%,Bi:1.4-2.3wt.%,Ni:0.8-1.2wt.%，Sn:0.2-0.4wt.%,La:0.1-0.2wt.%,余量为铅。该铅锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-3.0wt.%左右。上述屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb-Li-Si铅锂合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到350-400度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在350-400度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的方锭和圆锭，铸锭下移速度为8-12m/min。将铸锭在室温下进行变形处理，每道次的轧下量为15-20%；每3道次轧制需要进行一次中间热处理来消除加工硬化，工艺为：140度，2.3个小时；轧制后的最终热处理工艺为：真空固溶处理220度，2.0小时；真空时效处理130度，1.2小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：（1）本专利技术专利针对目前屏蔽材料用铅合金的强度还不能完全满足现有需求的现状提供了一种新颖的材料学解决方案。通过优选合金中的元素种类和含量，所得产品不仅可以大大降低合金元素使用量的缺点，还可以获得非常好的力学性能，并能获得优异的合金收得率。（2）本专利提出的屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb-Li-Si铅锂合金具有极其优异的阻燃性能，可以达到在350-400温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的燃烧。在对液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的燃烧。所得合金表面氧化膜和氮化膜都有非常好的塑性和粘度，能够完整地铺展和覆盖住合金表面，有效阻挡大气侵入合金液内。且该铅锂合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量小于3.0wt.%左右。（3）该合金成功地解决了铅与合金元素之间的物理、化学相容性及界面相容性问题，克服了组元间的比重差，实现了合金元素和合金相在铅基体中的均匀分布。具有低的液固相凝固温度范围，可以解决铸造时热裂倾向大，铸造空洞和疏松明显制品成品率低等技术难题。（4）相对于传统的屏蔽材料用铅合金，本专利申请保护的高强耐腐蚀Pb-Li-Si铅锂合金具有极其优异的力学性能,该材料在铅合金中引入锂后微观结构产生显著变化，使得铅合金在凝固过程中先析出的共晶组织由片层状演变成骨架状、板条状、最后退化成块状。与此同时，硅的加入获得了细密弥散的另一共晶组织。合金的布氏硬度可达到传统铅合金的40-60倍左右，抗拉强度达到340-380MPa。在海洋性气氛下，该材料的腐蚀速度为1.4×10-5mm/年。因而该材料在海洋性环境下使用20年以上没有明显的腐蚀现象发生，便于工业化大规模装备。具体实施方式实施例1一种在350度熔炼屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb-Li-Si铅锂合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:1.8wt.%,Si:2.5wt.%,Bi:1.6wt.%,Ni:0.9wt.%，Sn:0.3wt.%,La:0.1wt.%,余量为铅。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb‑Li‑Si铅锂合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Li: 0.4‑2.5wt.%,Si:1.8‑3.6wt.%,Bi:1.4‑2.3wt.%,Ni:0.8‑1.2wt.%，Sn:0.2‑0.4wt.%, La:0.1‑0.2wt.%,余量为铅。
【技术特征摘要】
1.一种屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb-Li-Si铅锂合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Li:0.4-2.5wt.%,Si:1.8-3.6wt.%,Bi:1.4-2.3wt.%,Ni:0.8-1.2wt.%，Sn:0.2-0.4wt.%,La:0.1-0.2wt.%,余量为铅。2.根据权利要求1所述屏蔽材料用高强耐腐蚀Pb-Li-Si铅锂合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到350-400度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨长江，
申请(专利权)人：广州宇智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
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