一种铀钼硅合金复合燃料芯块制备方法

摘要

本发明属于铀基合金复合燃料芯块制备技术领域，具体涉及一种铀钼硅合金复合燃料芯块制备方法。熔炼制得U‑Mo‑Si合金铸锭，将得到的铸锭进行退火处理，之后再进行水淬；热处理后的合金铸锭通过循环氢化脱氢制备得到U‑Mo‑Si粉末，再通过球磨筛分，即可制得制备芯块所需U‑Mo‑Si粉末，将U‑Mo‑Si粉末预压成型再进行二次压制，将得到的U‑Mo‑Si芯块烧结，最终得到品质合格的芯块。通过优化退火和淬火工艺，实现γ相稳定性铀钼合金的制备，最终可制备得到了具有品质合格的铀钼硅三元复合燃料芯块，对于改善合金堆内服役特性以及拓展应用前景有着极其重要的意义。

说明书

技术领域

本发明属于铀基合金复合燃料芯块制备技术领域，具体涉及一种铀钼硅合金复合燃料芯块制备方法。

背景技术

铀-钼系合金是一种稳定性较高的铀合金。铀钼合金中的钼原子具有极慢的扩散速度，大大提高了γ相共析反应的热激活能和均热时间，这导致铀钼合金在常规条件下冷却至室温依然可以保持立方结构的亚稳态γ铀。相比常规α相铀，γ铀的耐腐蚀性大大提高，立方结构的各向同性也有效降低了辐照生长的造成的畸变效应。相比较于UO

目前铀钼二元合金的应用存在以下矛盾：合金中钼含量要足够高才可以保证γ相的稳定性，而随着钼含量的提高，合金铀密度降低，因此对引入第三组分以期在保证稳定性的前提下提高铀密度是铀钼合金开发研究的重要内容，而且根据相关研究，发现在合金中添加第三元组分除了能够提高铀密度外，还能够使合金的基本性能，如耐腐蚀特性、γ相稳定性等明显改善。因此开发一种具有优异性能的铀钼三元合金并实现芯块制备对于改善合金堆内服役特性以及拓展应用前景有着极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铀钼硅合金复合燃料芯块制备方法。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种铀钼硅合金复合燃料芯块制备方法，熔炼制得U-Mo-Si合金铸锭，将得到的铸锭进行退火处理，之后再进行水淬；热处理后的合金铸锭通过循环氢化脱氢制备得到U-Mo-Si粉末，再通过球磨筛分，即可制得制备芯块所需U-Mo-Si粉末，将U-Mo-Si粉末预压成型再进行二次压制，将得到的U-Mo-Si芯块烧结，最终得到品质合格的芯块。

使用真空电弧熔炼制得U-Mo-Si合金铸锭。

将得到的铸锭使用真空热处理炉进行退火处理。

热处理后的合金铸锭通过1～5次循环氢化脱氢制备得到U-Mo-Si粉末。

将U-Mo-Si粉末在手套箱中预压成型再在四柱式液压机上进行二次压制。

将得到的U-Mo-Si芯块在高温真空炉中烧结，烧结温度800-1000℃。

本发明所取得的有益效果为：

通过优化退火和淬火工艺，实现γ相稳定性铀钼合金的制备，最终可制备得到了具有品质合格的铀钼硅三元复合燃料芯块，对于改善合金堆内服役特性以及拓展应用前景有着极其重要的意义。普通的铀钼合金难以满足堆内服役需求，添加合适的第三组元能够大幅提高合金性能，本发明提供新的铀钼三元合金成分，与铀钼二元合金相比，三元合金U-Mo-Si耐腐蚀特性、γ相稳定性等明显改善，而且实现了该三元合金的芯块制备方法，改善合金堆内服役特性，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明所述铀钼硅合金复合燃料芯块制备方法如下：

使用真空电弧熔炼制得U-Mo-Si合金铸锭，将得到的铸锭使用真空热处理炉进行退火处理，之后再进行水淬。热处理后的合金铸锭通过1～5次循环氢化脱氢制备得到U-Mo-Si粉末，再通过球磨筛分，即可制得制备芯块所需U-Mo-Si粉末，将U-Mo-Si粉末在手套箱中预压成型再在四柱式液压机上进行二次压制，将得到的U-Mo-Si芯块在高温真空炉中烧结，烧结温度800-1000℃最终得到品质合格的芯块。

实施例

配备相应比例的U-Mo-Si相关材料，使用真空电弧炉熔炼，熔炼过程在真空条件下进行，搅拌电流为8-10A、输出电流为300-600A，反复熔炼6-10次，制得规格为Φ40mm左右的合金铸锭。

将制得的合金铸锭使用真空热处理炉进行800-1000℃/12-36h退火热处理后，再使用真空热处理炉以700-750℃保温15-30分钟水淬。

热处理后的合金铸锭进行氢化脱氢，U-Mo-Si合金铸锭切十字，用硝酸清洗表面的氧化层，浸泡于酒精中除去表面残留杂质，擦干后置于氢化脱氢炉中，通入0.14～0.4MPa氢气，100～300℃氢化1～3小时后，抽真空升温至520～600℃脱氢1～3小时，抽真空降温至室温，重复1～5次上述氢化脱氢工序，得到具有一定粒度的U-Mo-Si粉末，氢化脱氢制得的U-Mo-Si粉末采用球磨机200r/s球磨3分钟，制得芯块制备所需U-Mo-Si粉末。

在手套箱中将U-Mo-Si粉末装入Φ7mm钢模中，一次预压后用塑料膜包裹，取出手套箱置于四柱式液压机上，30～50MPa二次预压后，去除塑料膜，将二次预压后的U-Mo-Si芯块置于钨钼烧结炉中，加热至800～1000℃真空烧结，烧结时间为3-4小时，最终制备出一定尺寸品质合格的U-Mo-Si芯块。