Fe_(26)Ni_(26铝基复合材料制备与性能研究.pdf
Fe26Ni26Al26B11W11空心球铝基复合材料制备及性能研究
摘要
随着社会经济发展，人类对能源需求量逐渐增加，核能作为新型清洁能源，其应
用越来越广泛，但是核辐射带来的伤害不容忽视。传统核屏蔽材料比如屏蔽混凝土、
聚乙烯复合屏蔽材料等在使用过程中凸显出密度高、耐热性与耐蚀性差等局限性，无
法满足现代核防护的需求，可见开发新型屏蔽材料已迫在眉睫。现有研究表明，金属
空心球复合材料由于结构特殊性，使其具有良好的力学性能、屏蔽性能等，该结构材
料的发展为解决新型核屏蔽复合材料提供了一个新的途径。因此，本文设计了一种全
新成分的金属空心球，从Fe26Ni26Al26B11W11合金粉末制备工艺入手，开展空心球铝基
复合材料制备、微结构与性能分析，并对复合材料的屏蔽机理进行讨论。
本文以高纯Fe粉、Ni粉、Al粉、B粉、W粉为原材料，采用机械合金化工艺制
备Fe26Ni26Al26B11W11合金粉末。通过研究球磨时间对混合金属粉末的相组成与粉末颗
粒微观形貌的影响规律，获得了在球磨速度为300r/min，球料比为10:1时
Fe26Ni26Al26B11W11合金粉末最佳球磨时间。以此为基础，通过研究配料比、粘结剂浓
度、涂覆机转速对素胚涂覆效果的影响，得出Fe26Ni26Al26B11W11空心球素胚最佳涂覆
工艺。然后通过研究烧结温度对空心球物理参数与微观组织的影响规律，发现：随着
烧结温度增加，空心球密度、直径收缩率与壁厚收缩率增加，气孔率减小；素胚经过
1350℃烧结后，空心球气孔率为18.78%，空心球壁中析出BCC、FCC与HCP相。最
后优化出了Fe26Ni26Al26B11W11空心球烧结工艺。
采用粉末冶金法制备Fe26Ni26Al26B11W11空心球铝基复合材料，研究了烧结温度、
烧结压力对复合材料制备和性能的影响。结果表明，在烧结压力不变的情况下，烧结
温度升高，空心球与基体间的过渡层厚度增加，其形状由非连续型转变为连续型，过
渡层主要由Fe、Ni、W、Al等原子相互扩散形成的金属化合物相组成；但烧结温度为
560℃时，烧结压力增加，空心球与基体间过渡层厚度增加，过渡层的金属化合物中出
现硼化物相；复合材料的力学性能随烧结温度和烧结压力的增加而增加，当烧结温度
为560℃，烧结压力为8MPa时，空心球体积分数为40%的复合材料的最高抗压强度
与平台应力分别为180.35MPa与117.05MPa。
采用实验研究的方法，研究了Fe26Ni26Al26B11W11空心球铝基复合材料的屏蔽性能。
结果表明：复合材料γ射线与热中子射线的透射系数随空心球体积分数增加而减小；
当空心球体积分数为60%，伽玛能量为121.78KeV，复合材料厚度为3.8cm时，复合
哈尔滨工程大学硕士学位论文
材料对伽玛射线的屏蔽率为98.71%；当γ射线能量较低时，复合材料中空心球体积分
数对γ射线的屏蔽性能影响较为明显；当空心球体积分数为60%时，复合材料的厚度
为2.8cm时，复合材料对热中子射线的屏蔽率为65.90%。
关键词：Fe26Ni26Al26B11W11合金；金属空心球；铝基复合材料；力学性能；屏蔽
性能
Fe26Ni26Al26B11W11空心球铝基复合材料制备及性能研究
Abstract
Withthedevelopmentofsocietyandeconomy,humansdemandforenergyisgradually
increasing.Asanewtypeofcleanenergy,nuclearenergyisusedmoreandmorewidely.
However,thedamagecausedbynuclearradiationcannotbeignored.Tradit