[发明专利]一种高Mo含量U基合金的熔炼制备方法

说明书

本发明提供一种高Mo含量U基合金的熔炼制备方法。该方法首先利用非自耗真空电弧熔炼炉制备U‑Mo中间合金，而后在真空感应炉中熔炼添加U块，对U‑Mo中间合金进行稀释，制备U‑(16～20)wt％Mo合金；所述的U‑Mo中间合金：合金成分U含量为40～60wt％，Mo含量为40～60wt％；所述的U‑(16～20)wt％Mo合金成分U含量为80～84wt％，Mo含量为16～20wt％。本发明通过成分设计U‑Mo中间合金，利用非自耗真空熔炼，达到了高熔点Mo在贫铀基中的充分熔解，获得了合金较充分的U‑Mo中间合金纽扣状样品。通过本发明方法制备的U‑Mo合金化学成分均匀，成分偏析现象较轻，XRD检测分析其室温也为稳定的γ相。

技术领域

本发明属于核燃料及制备技术领域，具体涉及一种高Mo含量U基合金的熔炼制备方法。

背景技术

在化石能源日益枯竭的今天，核能占据了越来越重要的地位。裂变核燃料的使用技术目前已经相当成熟，其中基于铀元素的核燃料应用最为广泛。然而，普通的金属铀在668℃以下为α相，抗腐蚀性能和抗辐照性能都很差。作为燃料这是不可取的。γ-相的金属铀相比于α-相有更佳的耐辐照效应的能力，且表现出各向同性的热膨胀特性，更适合作为核燃料。遗憾的是，γ-相的金属铀不能稳定存在于较低的温度范围，其作为燃料使用存在显著的技术障碍。一个解决这个问题的方法是通过添加钼使金属铀合金化而使γ-相稳定至室温。U-Mo合金存在很广的γ相区域且Mo的中子吸收截面相对较低，不会造成辐照中子源的浪费。此外，U-Mo合金因具有高的裂变原子密度、良好的抗辐照稳定性、后处理简单等已被认为当前极具发展潜力的新型先进核燃料。研究表明当Mo含量增加到8％可以产生稳定γ相，且随着Mo含量的增加，核燃料的γ-相稳定性逐步提高。由于Mo元素熔点(2610℃)较高，当前熔炼制备的U-Mo合金较难实现均匀化，其合金成分主要控制在U-(2～12)wt％Mo。为了进一步提高U-Mo合金的稳定性，需要研发一种合金化效果好，Mo含量更高的U基合金材料，为新型先进核燃料的研制提供指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高Mo含量U基合金的熔炼制备方法，其实现高Mo含量U基合金的充分均匀化，使合金在获得高稳定性。

为实现发明目的，本发明的技术方案为：一种高Mo含量U基合金的熔炼制备方法，该方法首先利用非自耗真空电弧熔炼炉制备U-Mo中间合金，而后在真空感应炉中熔炼添加U块，对U-Mo中间合金进行稀释，制备U-(16～20)wt％Mo合金；所述的U-Mo中间合金：合金成分U含量为40～60wt％，Mo含量为40～60wt％；所述的U-(16～20)wt％Mo合金成分U含量为80～84wt％，Mo含量为16～20wt％。

如上所述的一种高Mo含量U基合金的熔炼制备方法，该方法包括如下步骤：

a)非自耗真空电弧熔炼

称取一定重量的U块，再按照U-Mo中间合金配比需求称取Mo粒；所述的U-Mo中间合金：合金成分U含量为40～60wt％，Mo含量为40～60wt％；

将配重好的U块和Mo粒混合装入非自耗真空电弧熔炼炉中的水冷铜坩埚，利用非自耗钨电极进行电弧熔炼；熔炼输出电流为400～500A，搅拌电流5～8A，为保证样品的均匀性，实现高熔点Mo的充分熔解，样品需要翻身重复熔炼3～10次，熔炼得到的合金样品为纽扣状；

b)真空感应熔炼

将步骤a)非自耗真空熔炼后得到的纽扣状合金样品、以及按照制备U-(16～20)wt％Mo合金称取的一定量U块放入真空感应炉的氧化钙坩埚内，在1350℃～1550℃下保温0.5h～2h进行熔炼，熔炼过程中使用电磁搅拌，然后在1300～1500℃浇注到石墨模具内成锭；

在真空感应熔炼通过U块将U-Mo中间合金稀释，最后形成的合金成分为U含量为80～84wt％，Mo含量为16～20wt％。