基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法及屏蔽材料与流程

本发明属于核电领域，具体涉及一种基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法及屏蔽材料。

背景技术：

1、随着核电行业的发展，微型核反应堆以其能量密度高、体积小、运行期间维护少的优势，获得了越来越多的关注，在太空、远洋和偏远地区等环境下具有良好的应用前景。而伴随着反应堆轻量化设计的发展，对屏蔽材料的性能要求也越来越高。微型反应堆堆芯温度更高，整体体积更加紧凑，对于屏蔽材料的性能要求也越来越高。在体积受限的微型反应堆中，常用金属类屏蔽材料屏蔽效果不足；而金属氢化物在高温下易发生氢损失，且在金属氢化过程中容易开裂破碎，导致材料粉化，限制了金属氢化物作为屏蔽结构的应用。

2、专利cn117965987a公开了一种钇硅合金材料，通过调整钇合金的成分，以细晶强化的形式提高钇基合金对氢致开裂的抵抗能力。但是仅通过合金成分的调整，钇基合金氢化过程中对开裂的抵抗能力仍有不足，特别是当钇基体的尺寸较大时，氢化过程中仍然容易因氢化的不均匀性而出现开裂，导致了大尺寸的氢化钇材料制备困难。因此，提供一种优化的钇基合金氢化方法，能够降低氢化过程中的开裂风险，对于降低大尺寸钇基氢化物屏蔽材料的制造成本具有积极意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法，降低氢化过程中屏蔽材料基体开裂的风险。本发明还提供一种屏蔽材料。

2、根据本发明一个方面的实施例，提供一种基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法，该方法包括以下步骤：

3、步骤a)：提供前驱体合金，所述前驱体合金按重量比计包括0.05％-10％的dy，余量为y及不可避免的杂质；所述前驱体合金通过真空熔炼工艺制备；

4、步骤b)：将所述前驱体合金进行热变形和冷轧加工，随后进行退火处理，制得合金坯体；

5、步骤c)：去除所述合金坯体的氧化皮，在氢气氛围中将所述合金坯体加热至400℃-500℃并保温1h-20h；随后升温至600℃-800℃保温2h-60h；接下来升温至900℃-1000℃保温1h-40h；最后降温至900℃保温6h，降温至600℃保温4h，降温至400℃保温2h，自然冷却至室温，制得钇基氢化物屏蔽材料成品。

6、该方法通过前驱体合金化以及通过变形加工实现的组织晶粒细化，同时，采用分段氢化工艺，在高温氢化过程中在不同温度下进行分段保温，以促进h在金属基体中均匀分布，避免出现浓度梯度差，有效降低了氢化过程中的开裂风险；该方法所制备的屏蔽材料对快中子与热中子均有良好的吸收能力，同时高温性质稳定不易发生分解。该方法能够用于制备具有厘米级尺寸的块状氢化物屏蔽材料。

7、进一步地，在部分实施例中，所述步骤a)中，所述前驱体合金还包括不超过5.0％的si、不超过5.0％的zr、5％-10％的w中的一种或几种组合。si能够与y形成高熔点第二相y5si3颗粒，zr能够和si形成第二相zr2si，进一步细化晶粒，并提升材料的抗氧化性与高温耐性；zr能够进一步提高材料的中子慢化性能；w对快中子具有良好的屏蔽作用，同时作为重核元素能够进一步提升材料密度，提高光子屏蔽效果。

8、进一步地，在部分实施例中，所述步骤a)中，所述前驱体合金含有0.5％-8.0％的dy，和0.05％-2.5％的si、1.0％-2.5％的zr、5％-10％的w中的一种或几种组合，余量为y和不可避免的杂质。

9、进一步地，在部分实施例中，所述步骤a)中，所述真空熔炼的方法为，抽真空至不超过3×10-3pa，在氩气气氛下加热至1600℃-1800℃，保温至少10min。

10、进一步地，在部分实施例中，所述步骤b)中，所述热变形包括热压加工和/或热轧加工，其中所述热压加工的温度不低于800℃，所述热轧加工的温度不低于850℃，所述热变形包括至少三道次加工。

11、进一步地，在部分实施例中，所述步骤b)中，所述退火温度为850℃-950℃。

12、进一步地，在部分实施例中，所述步骤c)中，加热与降温速率为20℃/min-40℃/min，氢气压力为0.1bar-10.0bar。通过对升温与降温速率进行控制，降低氢化过程中的热应力，进一步降低开裂风险。

13、根据本发明另一个方面的实施例，提供一种屏蔽材料，该屏蔽材料采用前述任一实施例中所提供的基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法制造。

14、进一步地，在部分实施例中，所述屏蔽材料的基体为δ-yh2，氢钇的原子数比为1.2-1.8；当所述屏蔽材料含有si时，所述基体中分布有第二相y5si3；当所述屏蔽材料含有zr时，所述基体中分布有第二相zr2si，当所述屏蔽材料同时含有si和w时，所述基体中还分布有第二相si2w。

15、进一步地，在部分实施例中，所述屏蔽材料的硬度不低于90hv。

技术特征：

1.一种基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述前驱体合金还包括不超过5.0％的si、不超过5.0％的zr、5％-10％的w中的一种或几种组合。

3.根据权利要求2所述的基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述前驱体合金含有0.5％-8.0％的dy，和0.05％-2.5％的si、1.0％-2.5％的zr、5％-10％的w中的一种或几种组合，余量为y和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述真空熔炼的方法为，抽真空至不超过3×10-3pa，在氩气气氛下加热至1600℃-1800℃，保温至少10min。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法，其特征在于，所述步骤b)中，所述热变形包括热压加工和/或热轧加工，其中所述热压加工的温度不低于800℃，所述热轧加工的温度不低于850℃，所述热变形包括至少三道次加工。

6.根据权利要求5所述的基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法，其特征在于，所述步骤b)中，所述退火温度为850℃-950℃。

7.根据权利要求1或2或3所述的基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法，其特征在于，所述步骤c)中，氢气压力为0.1bar-10.0bar，加热与降温速率为20℃/min-40℃/min。

8.一种屏蔽材料，其特征在于，所述屏蔽材料采用如权利要求1至7中任一项所述的基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法制造。

9.根据权利要求8所述的屏蔽材料，其特征在于，所述屏蔽材料的基体为δ-yh2，氢钇的原子数比为1.2-1.8；当所述屏蔽材料含有si时，所述基体中分布有第二相y5si3；当所述屏蔽材料含有zr时，所述基体中分布有第二相zr2si，当所述屏蔽材料同时含有si和w时，所述基体中还分布有第二相si2w。

10.根据权利要求8或9所述的屏蔽材料，其特征在于，所述屏蔽材料的硬度不低于90hv。

技术总结
一种基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法及屏蔽材料，属于核电领域。基于合金化前驱体制造氢化物屏蔽材料的方法包括如下步骤：提供含有0.05％‑10％的Dy、余量为Y的前驱体合金，对前驱体合金进行热变形、冷轧加工和退火处理，制得合金坯体；去除合金坯体的氧化皮并通过分段加热与分段降温的方式进行氢化处理，制得钇基氢化物屏蔽材料成品。该方法在氢化处理中材料不易开裂，所制得的屏蔽材料具有良好的快中子减速性能和热中子吸收性能。

技术研发人员：梅其良,高静,王梦琪,郑征,黎辉,彭超,史涛,周岩,解均涵
受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/13