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液相烧结制备钨基合金屏蔽材料的实验研究

成细洋  
【摘要】:目前常用的γ射线屏蔽材料多为铅合金,但是铅合金存在二次韧致辐射、具有毒性等诸多缺点,其应用受到一定程度的限制。而钨为一种高原子序数的元素,具有很好防γ射线能力。本课题利用激光作为液相烧结的能量来源来制备一种无毒、环保的钨基合金屏蔽材料。目前,钨基合金多采用粉末冶金的方法制备,但粉末冶金设备需要使用模具,且对粉末的纯度与粒度要求苛刻。本文采用无需模具的激光快速成形制备钨镍合金具有十分重要的实际意义。本文主要研究内容如下: 1).制备钨铜合金。采用自改装的氢气炉烧结含铜量分别为5%,10%,15%,20%的钨铜合金,通过排水法测得钨铜合金的密度,对各组分钨铜合金的屏蔽性能与力学性能进行测试,并使用金相显微镜观察钨铜合金的显微组织,研究表明在该条件下制备出的钨铜合金密度在8.3g/cm~3左右,屏蔽的半吸收厚度在11mm左右,拉伸强度在20~30MPa。 2).通过氢气炉与激光烧结结合的液相烧结方法制备含镍量为10%的钨镍合金,采用自制的剪切设备测试试样的剪切强度,洛氏硬度计测试试样的硬度,结果表明,当激光功率为1000W的时,W90Ni10的钨镍合金的剪切强度为112MPa,洛氏硬度为45.98HRC,剪切断口呈脆性断裂。 3).采用激光快速成型制备钨镍合金W94Ni6,测试合金的密度,选用γ光子能量为0.551Mev的Cs~(137)源测试其屏蔽性能并测试该合金的硬度,结果表明,该合金的密度为17.25g/cm~3,吸收等量的γ射线需要的W94Ni6钨镍合金的厚度为铅的63.4%,同时激光快速成型制备的钨镍合金的硬度是54.2HRC,比纯钨的高出64%,观察钨镍合金的显微组织发现,钨与镍已经形成了固溶体。 本文通过对液相烧结法制备钨基合金进行实验,实验结果表明采用激光作为热源的液相烧结法具有较好的效果,有很好的可行性。


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