核電站用鎢鎳合金棒製備方法簡析

核電站反應堆產生的功率一般通過提升或降低反應堆堆芯中的控制棒元件來控制。現代反應堆堆芯的燃料元件典型使用兩種類型的棒控制元件來控制反應性，即棒束控制組件(RCCA)和灰棒控制組件(GRCA)。兩者都由在其頂端處緊固到共用的轂盤或多腳架元件上的多個中子吸收棒組成。

中子吸收棒的外層棒體一般是不銹鋼管，不銹鋼管內封裝中子吸收材料，常用的黑棒吸收體材料為銀-銦-鎘合金棒，灰棒控制組件的中子吸收材料優選鎢鎳合金棒。

製造核反堆中子吸收棒的工藝要求極高，一般吸收材料要求有10～30靶恩的2200m/s中子吸收微觀捕獲橫截面，內支撐管材料由鎳合金組成，內支撐管要求與主中子吸收棒材緊密結合形成複合棒材，且內壁管壁厚均勻，尺寸精度高。

製造金屬複合管材的製備方法主要有三種：一種是採用鑄造冶金技術，將內支撐管材料熔煉後採用鑄造法與芯杆材料緊密複合，然後採用切削、磨削的方法製備成複合棒材，這種方法對設備要求低，但缺點是在製備鎳合金/鎢複合棒材過程中由於鎳合金熔煉溫度高（鎳合金熔煉溫度＞1200℃），易造成鎢材料發生再結晶（再結晶溫度＞1100℃），造成芯杆材料強度下降，導致後續加工芯杆易斷裂，顯然這種方法並不合適。

另一種方法是套管和芯杆複合法，即將鎢杆插入鎳合金套管中，其中，套管內徑稍大於芯杆外徑，然後通過外模和拉縮的硬配合，將外面的金屬套管和金屬芯棒緊密的複合成一體，形成複合棒結構。可想而知，該方法對芯杆和金屬套管製備尺寸精度要求高，特別是對於較細而長的薄壁管件 內徑公差直線度要求更高，差一點點都容易成為不合格品。

還有一種方法是粉體模具燒結法，就是將鎢棒材洗淨，鎳合金粉體均勻填裝於鎢棒材與壓制模具之間的空隙內，將壓制模具密封後放置于冷等靜壓機中壓制，脫模後得到鎳合金/鎢複合棒坯；再置入真空燒結爐中煆燒，相對於前兩種方法，這種先壓模再燒結的方法具有相當的優勢，一是精度很高，二是工藝和成功率較高，成品鎳合金/鎢複合棒材的尺寸精度高（尺寸公差為±0.02mm），鎳合金與鎢棒材的貼合率高達100%。

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