一种铅基合金及其制备工艺和应用的制作方法

1.本发明涉及铅基合金技术领域，具体地来说，涉及一种铅基合金及其制备工艺和应用。


背景技术：

2.放射性物质在现代社会的应用领域不断扩大，伴随而来的是，众多的实验室、检测装置、探测仪器和放射性物质物料仓库都存在明显的辐射污染；此外，不但是高辐射化学元素，如高压电源、变压器等高能量载体同样存在外辐射，人体长时间受到辐射作用会有不可医治的病患。目前市面上主要用铅金属制备防辐射设备的外部件（如实验室检验设备的箱体、变压器的箱体等）来抑制辐射，而科学验证，依靠铅来屏蔽辐射至少需要3-4mm厚度以上的铅板才能实现，不仅耗材用量大以致成本大大提高，还使得屏蔽物壁过于笨重，不利于建筑施工，也不方便后期的保养更换；此外，因铅板硬度过低，加工时极易变形，不利于合金的加工铸造。
3.现有技术中相关针对具备防辐射效果的铅基合金的研究，如专利申cn102220515a核辐射屏蔽制品材料铅合金棒及其生产方法等，其均可利用铅与其它金属组分协同作用，在使合金具备防辐射效果的同时，一定程度上降低耗材用量，并减轻合金制得的屏蔽制品的重量，但现有技术的制备效率和安全性有待提升，且现有技术仍然存在着制得的合金的硬度一般的问题，这使得合金的铸造性能仍然一般，同时，现有技术制得的合金的防辐射性能仍然也一般。
4.为此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种铅基合金及其制备工艺和应用，以解决上述背景技术提出的现有技术的制备效率和安全性有待提升，且现有技术仍然存在着制得的合金的硬度一般的问题，这使得合金的铸造性能仍然一般，同时，现有技术制得的合金的防辐射性能仍然也一般的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种铅基合金，由以下重量百分比的组分制备而成：铝8～9%，银0.005～0.008%，铜0.5～0.65%，硅1～1.3%，其余为铅，其中，所述铅为铅含量≥99.994%的电解铅，所述银为纯度≥99.9%的工业用银，所述铝为纯度≥99.9%的电解铝，所述铜为纯度≥99.95%的铜粉，所述硅为单晶硅粉。
7.第二方面，本发明提供了上述铅基合金的制备方法，包括以下步骤：s1、向合金炉内投入配方量的铅后，先预设高温并升温，再在降低设定温度并继续升温的同时，搅拌并除去铅渣，其中，搅拌的频率为24～26hz，搅拌的时间为8～12min；s2、待温度稳定后，向合金炉内投入配方量的铝后，向炉内抽负压的同时搅拌，其中，抽负压的设备为空压机，搅拌的频率为18～22hz，搅拌的时间为8～12min；
s3、向合金炉内投入配方量的银后，保持炉内负压状态的同时，搅拌，其中，搅拌的频率为18～22hz，搅拌的时间为8～12min；s4、升温至一定温度，并保持负压状态，待温度稳定后，停止抽负压的同时，向合金炉内投入配方量的铜和硅，并降速搅拌，其中，升温后的温度为1080～1100℃，降速搅拌的具体操作流程为：先将搅拌的频率降至5～8hz，并以此频率搅拌3～3.5h后，再将搅拌的频率降至2～4hz，并搅拌0.8～1.2h；s5、在搅拌状态下，将合金液注入模具中，冷却制备成铅锭；进一步的，步骤s1的具体操作流程如下：向合金炉内投入配方量的铅后，将温度设定为800～900℃，当炉内温度升至500～550℃时，将温度设定为600～650℃，同时加入木炭，开启搅拌，搅拌后捞取铅渣。
8.第三方面，本发明提供了铅基合金在制备防辐射设备中的应用。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明的铅基合金由8～9%铝、0.005～0.008%银、0.5～0.65%铜、1～1.3%硅和余量铅组成，在使用铅作为合金主体，保留防辐射的基本特性的同时，本发明利用铝、银、铜、硅和铅各组分协同作用，在有效降低耗材用量，并降低合金密度，减轻合金制得的防辐射设备的重量的基础上，大幅度地提高了合金的机械强度，提升了合金的硬度，从而提高了合金的铸造性能，并通过对合金的导电性能的极大增强，在防辐射性能与导电性能成正比的情形下，实现了合金的防辐射性能的大幅度提升；2.本发明在铅基合金的制备过程中先预设高温并升温，再降低设定温度并继续升温，有效地提高了升温速度，从而使得制备效率得以有效提高，在此基础上，本发明在各组分添加完成后降速搅拌，在炉内合金流动性降低，硬度上升的情形下，实现了对合金炉的保护，提升了制备过程的安全性；3.本发明在铅基合金的制备过程中，严格控制炉内温度和铝、银、铜、硅和铅各组分的添加时机，使炉内温度与铝、银、铜、硅和铅各组分的添加时机互相配合，在保证合金各组分充分熔融并混合均匀的同时，有效减少合金各组分的烧损，从而进一步提升合金的铸造性能和防辐射性能；4.本发明的铅基合金的组分中，铜选择为纯度≥99.95%的铜粉，硅选择为单晶硅粉，粉末状的组分的添加，使得合金各组分可以充分融合，从而进一步保证了合金的铸造性能和防辐射性能，而在铜粉和单晶硅粉添加后降速搅拌的设置，有效地防止了粉末飞扬的情形的出现，从而进一步保证了制备过程的安全性。
具体实施方式
10.为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述。
11.本发明的原料为市售原料。
实施例1
12.铅基合金的制备：s1、按铝（al）8%、银（ag）0.005%、铜（cu）0.5%、硅（si）1%、以及铅（pb）90.495%进行配料，其中，铅为铅含量≥99.994%的电解铅，银为纯度≥99.9%的工业用银，铝为纯度≥
99.9%的电解铝，铜为纯度≥99.95%的铜粉，硅为（超细）单晶硅粉；s2、向合金炉（20t锅炉）内投入18250kg的电解铅后，将温度设定为800～900℃，当炉内温度升至500～550℃时，将温度设定为600～650℃，同时加入木炭，开启搅拌，以24～26hz的频率搅拌8～12min后，捞取铅渣；s3、待温度稳定后，向合金炉内投入1625kg电解铝（电解铝提前切割成小块）后，关闭炉盖并打开空压机将炉内抽成负压状态以防止电解铝氧化，同时，以18～22hz的频率搅拌8～12min；s4、向合金炉内投入1040g工业用银后，保持炉内负压状态的同时，以18～22hz的频率搅拌8～12min；s5、升温至1080～1100℃，升温的同时保持负压状态，待温度稳定后关闭空压机，向合金炉内投入100.5kg铜粉和201kg单晶硅粉，以5～8hz的频率搅拌3～3.5h后，将搅拌的频率降至2～4hz，搅拌0.8～1.2h；s6、在搅拌状态下，将合金液注入模具中，冷却制备成铅锭。
13.制合金后化验分析得al含量8.0075%，ag含量0.0052%，cu含量0.509%，si含量1.075%，余量为铅。
实施例2
14.铅基合金的制备：本实施例的制备方法与实施例1一致，仅原料添加量不同，即：电解铅18250kg、电解铝1800kg、工业用银1600g、铜粉130.5kg、单晶硅粉261kg。
15.制合金后化验分析得al含量8.8871%，ag含量0.0079%，cu含量0.6418%，si含量1.2775%，余量为铅。
实施例3
16.铅基合金的制备：本实施例的制备方法与实施例1一致，仅原料添加量不同，即：电解铅18250kg、电解铝1715kg、工业用银1300g、铜粉115.5kg、单晶硅粉231kg。
17.制合金后化验分析得al含量8.5102%，ag含量0.0064%，cu含量0.579%，si含量1.147%，余量为铅。
18.将实施例1～3制备的铅基合金，均按照如下方法进行防辐射测试：先用铅基合金制成5块边长为2m，厚度1.5mm的正方形合金板，再将5块合金板焊接成箱体，扣置在x射线发生装置上，使x射线发生装置处于箱体中心，整个箱体置于x射线防护室内，x射线装置的电压设置为150kv，在箱体外距离箱壁30cm处用市售的辐射检测仪检测。
19.检测结果如下：实施例1～3制备的铅基合金的辐射剂量当量率均≤2.5μsv/h，满足《gbz 117—2022工业探伤放射防护标准》的防护要求。
20.由此，综上所述，本发明制备的铅基合金在硬度得到有效提升的同时，具有极好的防辐射性能。

技术特征：
1.一种铅基合金，其特征在于，由以下重量百分比的组分制备而成：铝8～9%，银0.005～0.008%，铜0.5～0.65%，硅1～1.3%，其余为铅。2.根据权利要求1所述的一种铅基合金，其特征在于，所述铅为铅含量≥99.994%的电解铅，所述银为纯度≥99.9%的工业用银，所述铝为纯度≥99.9%的电解铝，所述铜为纯度≥99.95%的铜粉，所述硅为单晶硅粉。3.权利要求1～2任一项所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：s1、向合金炉内投入配方量的铅后，先预设高温并升温，再在降低设定温度并继续升温的同时，搅拌并除去铅渣；s2、待温度稳定后，向合金炉内投入配方量的铝后，向炉内抽负压的同时搅拌；s3、向合金炉内投入配方量的银后，保持炉内负压状态的同时，搅拌；s4、升温至一定温度，并保持负压状态，待温度稳定后，停止抽负压的同时，向合金炉内投入配方量的铜和硅，并降速搅拌；s5、在搅拌状态下，将合金液注入模具中，冷却制备成铅锭。4.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤s1的具体操作流程如下：向合金炉内投入配方量的铅后，将温度设定为800～900℃，当炉内温度升至500～550℃时，将温度设定为600～650℃，同时加入木炭，开启搅拌，搅拌后捞取铅渣。5.根据权利要求4所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤s1中，搅拌的频率为24～26hz，搅拌的时间为8～12min。6.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤s2中，抽负压的设备为空压机，搅拌的频率为18～22hz，搅拌的时间为8～12min。7.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤s3中，搅拌的频率为18～22hz，搅拌的时间为8～12min。8.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤s4中，升温后的温度为1080～1100℃。9.根据权利要求3所述的一种铅基合金的制备工艺，其特征在于，步骤s4中，降速搅拌的具体操作流程为：先将搅拌的频率降至5～8hz，并以此频率搅拌3～3.5h后，再将搅拌的频率降至2～4hz，并搅拌0.8～1.2h。10.权利要求1～2任一项所述的一种铅基合金在制备防辐射设备中的应用。

技术总结
本发明公开了一种铅基合金及其制备工艺和应用，涉及铅基合金技术领域，所述铅基合金由以下重量百分比的组分制备而成：铝8～9%，银0.005～0.008%，铜0.5～0.65%，硅1～1.3%，其余为铅。本发明在使用铅作为合金主体，保留防辐射的基本特性的同时，本发明利用铝、银、铜、硅和铅各组分协同作用，在有效降低耗材用量，并降低合金密度，减轻合金制得的防辐射设备的重量的基础上，大幅度地提高了合金的机械强度，提升了合金的硬度，从而提高了合金的铸造性能，并通过对合金的导电性能的极大增强，实现了合金的防辐射性能的大幅度提升。了合金的防辐射性能的大幅度提升。


技术研发人员：顾旭尧 沈煜婷 沈维新
受保护的技术使用者：江苏海宝新能源有限公司
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/8/4