本发明专利技术属于具有X、γ射线以及中子综合屏蔽效果的金属基(铅基)屏蔽材料，特别是高强度、轻质量、多种屏蔽效果的屏蔽材料。屏蔽材料的组成为：基体为铅基合金PbMgAl(Mg10%～50%，Al2%～10%，余量为Pb，质量百分比)，硼或硼化物为中子吸收体。屏蔽材料的组分配比为：铅基合金的质量百分比在90%～99.7%之间，硼或硼化物的质量百分比在0.3%～10%之间。相比于传统Pb基材料、Pb/B4C以及铅硼聚乙烯复合材料，本发明专利技术的铅-镁-铝-硼或硼化物金属基复合材料不仅具有优异的屏蔽X、γ射线和中子综合屏蔽效果，而且其抗拉强度和布氏硬度远高于现有的Pb与B或B4C复合屏蔽材料，同时制造成本更低廉。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于具有X、Y射线以及中子综合屏蔽效果的金属基(铅基)屏蔽材料及其制备方法，特别是高强度、轻质量、多种屏蔽效果的屏蔽材料及制备方法。
技术介绍
随着化石能源的枯竭，核能作为一种清洁能源，其应用领域日趋扩大，对屏蔽材料的要求也愈来愈高，具有X、υ射线和中子辐射综合屏蔽材料一直是核安全领域的重要课题。现有的X、Y射线和中子综合屏蔽材料主要有铅硼聚乙烯、B4CAn3复合材料、含铅硼混凝土以及含硼不锈钢。在铅硼聚乙烯复合材料中，由于聚乙烯属于高分子材料，软化温度为130°C，导致铅硼聚乙烯复合材料的力学强度和耐热性差，其抗拉强度为IOMI^a左右， 布氏硬度仅为3 4，严重制约了其应用；B4C/Pb复合材料是将Pb-X(X = Sb、Sn、Ag、Au、Cr 等)合金与B4C增强体通过粉末冶金或熔铸成型法复合而成，可作为吸收中子、遮挡X、γ射线的材料，但强度和塑性较低，其抗拉强度为48. 2MPa，布氏硬度为22. 13，导致其不能单独作为结构材料使用，而且难以制备出大尺寸的复合材料；含铅硼混凝土重量大，可移动性较差，成分复杂；含硼不锈钢对Y射线及中子的屏蔽性能比铁优越，但由于硼含量偏低，中子吸收效果不理想，不得不增加含硼不锈钢的厚度，导致屏蔽系统总重增加，而提高硼含量对含硼不锈钢合金的延展性和冲击抗力有不利影响，限制了含硼不锈钢用作乏燃料储存和运输设备的结构材料，此外，不锈钢中的铬，镍，锰等元素，受中子辐照后活化，反应堆停堆后须限制人员接近。尽管有各种射线和中子综合屏蔽材料，但都离不开硼与铅两基本元素。硼具有优越的屏蔽中子的特性。铅对X、β、υ射线的吸收和散射最为强烈，既能屏蔽掉一次和二次 γ射线，也不会成为第二次放射源。二者结合是最理想的核辐射屏蔽材料。因此，将硼或硼化物与铅复合，开发出具有多重屏蔽效果、质量轻、高强度特点的X、υ射线和中子综合屏蔽材料，提高屏蔽材料的力学性能和屏蔽性能，不仅是核安全领域的重要研究课题，同时也是推广核能应用的重要保障。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有射线及中子综合屏蔽效果的高强铅基材料及其制备方法，可使屏蔽材料的力学与屏蔽性能更高、加工生产更方便、制造成本更低廉。解决本专利技术的技术问题所采取的技术方案是屏蔽材料由PbMgAl铅基合金与硼或硼化物组成。所述的屏蔽材料组成组分的质量百分比为硼或硼化物0.3% 10%，其余为铅基合金ο所述的PbMgAl铅基合金中各组分的质量百分比为Mg 10% 50%、Α12% 20%、余量为此。本专利技术上述的具有射线及中子综合屏蔽效果的高强铅基材料的制备工艺为先制备出PbMgAl铅基合金，最后添加硼或硼化物，使各个组元充分反应，以获得组织细密，结合良好的具有射线及中子综合屏蔽效果的高强铅基屏蔽材料。制备过程中，应保证各组元充分反应。由于硼、铅两元素的物理和化学性质存在巨大差异，硼-铅属难混溶合金体系，很难将硼或硼化物均勻分布于铅中。首先将铅与镁、铝复合制备出I^bMgAl铅基合金，利用1 与Mg、Mg与Al生成的高强度金属化合物，提高铅基合金的强度；再添加硼或硼化物，利用 Mg、Al与硼或硼化物的互容性，实现铅、硼的均质化，获得高强度铅-镁-铝-硼或硼化物铅基射线/中子屏蔽材料。本专利技术的有益效果是通过元素Mg、Al和硼或硼化物的加入，利用1 与Mg、Mg与 Al生成的高强金属化合物，获得高强度的铅-镁-铝-硼或硼化物铅基射线/中子屏蔽材料，其抗拉强度和硬度指标大大高于传统的铅合金以及HVB4C复合材料和铅硼聚乙烯，分别达到12010^和165冊5，延伸率为6.87(%。同时具有X、Y射线和中子综合屏蔽效果，厚度为20mm的高强度铅-镁-铝-硼或硼化物铅基射线/中子屏蔽材料对能量为65KeV、 118KeV和250KeV的X射线屏蔽率分别达到97. 9%,99. 22%和90. 29%，有效地解决了能量介于40 88KeV之间“ 1 的弱吸收区”问题；对、射线的屏蔽率为49. 75% (137Cs源) 和34. 25% (6tlCo源)；中子的屏蔽率高达92. 73% ；在1 和B含量较现有屏蔽材料低的情况下，单位质量的I^b-B铅基射线/中子屏蔽复合材料屏蔽效果优于HVB4C复合材料和含硼不锈钢，而与铅硼聚乙烯相当。实现铅-镁-铝-硼或硼化物铅基射线/中子屏蔽材料的屏蔽功能-力学结构一体化。在提高屏蔽性能的同时实现屏蔽设施的简化和轻量化。附图说明图1是本专利技术铅-镁-铝-硼铅基射线/中子屏蔽材料的微观组织扫描电镜图。图2是本专利技术铅-镁-铝-硼化物铅基射线/中子屏蔽材料的微观组织扫描电镜图。具体实施例方式实施例1 在熔炼炉中加入质量百分比为49%的Pb、39. 2%的Mg和9. 8%的Al， 再添加2. 0%的硼。此时整个屏蔽材料中PbMgAl铅基合金质量百分比为98% ；B为2% ； PbMgAl合金中各组成组分质量百分比为Pb 50%, Mg 40%, Al 10%。搅拌2 5min，使各组元充分反应生成，静置2 ;3min。浇铸制备成高强度铅_镁-铝_硼铅基射线/中子屏蔽材料。测试效果如下①微观组织特征经过对试样表面处理(打磨一抛光一腐蚀)后，采用扫描电镜 (型号为XL30ESEM-TMP)观察分析试样的微观组织特征，如图1所示。测试表明合金组织分布均勻，且含B相与含1 相的界面结合状况良好。②抗拉强度测试制备成测试试样棒在拉伸力学试验机上进行抗拉强度测试，测试结果表明高强度铅-镁-铝-硼铅基射线/中子屏蔽材料的抗拉强度达到120MPa，是 Pb/B4C复合材料和铅硼聚乙烯的3 12倍，见表1。延伸率为6. 87%。③布氏硬度测试在HB-3000型布氏硬度计上测定屏蔽材料的布氏硬度，测试结果表明高强度铅-镁-铝-硼铅基射线/中子屏蔽材料的布氏硬度为165，是HVB4C复合材料和铅硼聚乙烯的8 40倍，见表1。④屏蔽性能测试利用MG452型X射线系统进行X射线屏蔽性能检测，X射线能量分别为65keV、lWkeV和250keV。利用、射线照射量标准装置进行Y射线屏蔽性能的测试，放射源为137Cs (射线能量661KeV)和6tlCo (射线能量1. 25MeV)。中子屏蔽实验采用PTW-UNID0S电离室型标准剂量仪和Am-Be中子源慢化实验装置检测。表2表明高强度铅-镁-铝-硼铅基射线/中子屏蔽材料对能量为65KeV、1 ISKeV和250KeV的X射线屏蔽率分别达到97. 9%,99. 22%和90. 29%，有效地解决了能量介于40 88KeV之间“Pb的弱吸收区”问题；对Y射线的屏蔽率为49. 75% (137Cs源)和34. 25% (60Co源)；中子的屏蔽率高达92. 73%。表3说明，在1 和B含量较现有屏蔽材料低的情况下，单位质量的铅-镁-铝-硼铅基射线/中子屏蔽材料屏蔽效果优于纯铅和HVB4C复合材料，且与铅硼聚乙烯相当。实施例2 在熔炼炉中加入质量百分比为50%的此、35%的Mg和10%的Al，再添加5. 0%的硼化物。此时整个屏蔽材料中PbMgAl铅基合金质量百分比为95% ；硼化物为 5%;PbMgAl合金中各组成组分质量百分比为Pb 52. 6%,Mg 36.8%,A1 10.5%。本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种具有射线及中子综合屏蔽效果的高强铅基材料，其特征是：屏蔽材料由ＰｂＭｇＡｌ铅基合金与硼或硼化物组成。
【技术特征摘要】
1.一种具有射线及中子综合屏蔽效果的高强铅基材料，其特征是屏蔽材料由I^bMgAl 铅基合金与硼或硼化物组成。2.按权利要求1所述的具有射线及中子综合屏蔽效果的高强铅基材料，其特征是屏蔽材料组成组分的质量百分比为...
【专利技术属性】
技术研发人员：段永华，孙勇，彭明军，何建洪，
申请(专利权)人：昆明理工大学，昆明理工峰潮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：53
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