防氚滲透耐蝕絕緣複合塗層的製作方法

2023-05-15 00:14:36 3

專利名稱：防氚滲透耐蝕絕緣複合塗層的製作方法
技術領域：
本發明屬於合金鋼表面塗層新技術領域。
背景技術：
氚同其它氫同位素化學性質相同，都極其活潑，並且氚具有放射性，在材料中極易擴散，對周圍工作人員及居民可能造成潛在的放射性危害，同時氚也是重要的聚變堆核燃料。國際上發展了一系列的塗層材料用於儲氚容器壁表面及核反應堆包層結構材料表面以防止氚滲透，在聚變堆液態金屬包層中，塗層還應具有耐液態金屬腐蝕及電絕緣的能力。目前作為防氚滲透的絕緣塗層材料主要包括氧化鋁和碳化矽等，但常規氧化鋁塗層在液態金屬鋰鉛環境中的防氚滲透降低因子(TPRF)遠低於聚變堆的典型設計值100，且與液態金屬鋰鉛的相容性溫度僅為～500℃。而碳化矽塗層具有較高的TPRF，但其與基體材料合金鋼的熱膨脹係數差別較大，因此兩者結合性能相對較差，一旦塗層出現裂紋等損壞情況，其防氚滲透性能將急劇下降。現有技術的塗層防氚滲透能力不能同時滿足相關領域的使用要求，特別是聚變堆環境。

發明內容
本發明的目的在於提供防氚滲透耐蝕絕緣的複合塗層，通過綜合氧化鋁塗層和碳化矽塗層的優點，並克服其各自缺點，在合金鋼上得到緻密且性能優越的氧化鋁/碳化矽複合塗層，特別適合於聚變堆環境。
本發明的技術方案如下防氚滲透耐蝕絕緣複合塗層，其特徵在於包括附著在基體材料合金鋼上的鋁鐵合金相及氧化鋁過渡層和緻密的碳化矽表面塗層。
其鋁鐵合金相的厚度為50-100μm，氧化鋁過渡層厚度為2-5μm，碳化矽層厚度為1.5～2.5μm。
本發明的複合塗層中，中間的氧化鋁層的熱膨脹係數介於基體材料合金鋼與碳化矽熱膨脹係數之間，因此具有一定鋁濃度梯度的鋁鐵合金相及氧化鋁層可以作為中間的過渡層，為碳化矽層與合金鋼因熱膨脹係數不同產生的熱應力提供了很好的緩衝，增強了碳化矽層的穩定性。另外，對於該複合塗層即使表面的碳化矽塗層在使用過程中出現裂紋等失效事故，由於其與基體鋼之間存在鋁鐵合金相及氧化鋁過渡層，並且鋁化物能與氧反應形成氧化鋁，仍然具有耐腐蝕及防氚滲透的能力，因此塗層具有雙重防氚滲透及潛在的自修復功能，增強了塗層在苛刻環境下的可靠性。
本發明得到的複合塗層總厚度為50-100μm，在氣相中的TPRF(防氚滲透降低因子)可達到10000，液態金屬(如液態鋰鉛)中TPRF可達到100；具有電絕緣功能，電阻率可達到106Ω·cm；與液態金屬(如液態鋰鉛)具有較高的相容性溫度，並具有潛在的自修復功能。可應用於儲氚容器壁表面及核反應堆包層結構材料表面，能有效地解決材料的氚滲透以及液態金屬腐蝕問題，同時具有減小液態金屬流動的磁流體動力學效應的能力。


圖1是本發明結構示意圖。
本發明的整體結構如圖1所示，其中合金鋼(1)為基體材料，鋁鐵合金相層(2)和氧化鋁層(3)為中間過渡層，緻密的碳化矽層(4)為表面塗層。
製作原理採用先進工藝在合金鋼表面製備氧化鋁/碳化矽複合塗層。首先將合金鋼與熔融態的鋁接觸一定時間，然後將表面塗覆鋁的合金鋼採用HIP(熱等靜壓)等工藝進行處理，使其表面鋁膜與基體合金鋼形成鋁鐵合金相和氧化鋁過渡層，其中鋁鐵合金相層厚度為50-100μm，表面的氧化鋁層厚度為2-5μm；然後在氧化鋁層表面採用CVI(化學氣相浸滲)等工藝形成～2μm的緻密碳化矽層，從而得到性能優越的氧化鋁/碳化矽複合塗層。
權利要求
1.防氚滲透耐蝕絕緣複合塗層，其特徵在於包括附著在基體材料合金鋼上的鋁鐵合金相及氧化鋁過渡層和緻密的碳化矽表面塗層。
2.根據權利要求1所述的複合塗層，其特徵在於其鋁鐵合金相的厚度為50-100μm，氧化鋁過渡層厚度為2-5μm，碳化矽層厚度為1.5～2.5μm。
全文摘要
本發明公開了一種防氚滲透耐蝕絕緣的複合塗層，其特徵在於包括附著在基體材料合金鋼上的鋁鐵合金相及氧化鋁過渡層和緻密的碳化矽表面塗層。其鋁鐵合金相的厚度為50－100μm，氧化鋁過渡層厚度為2－5μm，碳化矽層厚度為1.5～2.5μm。通過綜合氧化鋁塗層和碳化矽塗層的優點，並克服其各自缺點，在合金鋼上得到緻密且性能優越的氧化鋁/碳化矽複合塗層，特別適合於聚變堆環境。
文檔編號B32B15/00GK1861391SQ20061008590
公開日2006年11月15日 申請日期2006年5月27日 優先權日2006年5月27日
發明者宋勇, 黃群英, 李豔芬, 李春京, 吳宜燦 申請人:中國科學院等離子體物理研究所