[发明专利]防氚渗透涂层热浸镀制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及防氚渗透涂层制备领域，具体为一种防氚渗透涂层热浸镀制备工艺。

背景技术

氚具有放射性，能够对环境构成严重污染。氚在很多材料中都具有较高的渗透率，且随温度升高，氚渗透率也随之增高。而目前氚提取、分离、纯化、贮存等氚处理工艺设备工作温度一般均比较高，必须采取有效措施防止这些设备出现氚的泄露问题。要解决氚泄露问题，除考虑增强设备基体材料的防氚渗透性能外，在基体材料表面形成防氚渗透涂层可以大幅度提高设备的防氚渗透能力。目前防氚渗透涂层材料及技术成为防氚渗透研究的热点之一。

防氚渗透涂层材料及技术不仅可以显著提高氚提取、分离、纯化、贮存等氚处理工艺设备的防氚渗透能力，而且对于聚变堆技术的发展也具有重要意义，聚变堆氚燃料系统中防氚渗透涂层是目前必不可少的结构材料之一。

目前防氚渗透涂层制备技术有：热浸铝(HDA)、化学气相沉积(CVD)、真空离子溅射(VPS)等。

对于防氚渗透涂层材料，经过多年研究，发现表面形成Al₂O₃膜的Fe-Al基涂层具有阻氚效果好、与锂铅合金相容性好、适合大规模工业制造、具备裂纹自修复功能的优点，因而它正成为最有希望的防氚渗透阻挡层之一。

HDA法所制备的表面形成Al₂O₃膜的Fe-Al基涂层是最有潜力的防氚渗透涂层之一，具体工艺为将基体材料表面热浸镀铝，再经一定热处理，使镀铝层表面形成Al₂O₃膜，同时Al₂O₃膜与基体材料之间形成Fe-Al过渡层。但目前该技术也存在一定问题，性能不甚理想。从热浸镀技术本身看，目前该技术比较原始、单一，主要是简单地将欲镀材料浸入铝液中一定时间，从而在材料表面形成富铝层；从浸镀后形成的涂层状态看，涂层一般厚度不均匀，涂层内部存在较多裂纹、孔洞等缺陷，而对于复杂工件的热浸镀，还容易出现漏镀等问题，因此目前所制备涂层性能并不理想，在500℃氢气下的氢渗透减小因子(TPRF)很难达到300。因氚具有放射性，而氢与氚的性质相近，故通常采用以氢代氚的方式测试样品的防氚渗透性能。

同时通过热浸方法也可以在许多材料表面形成金属或合金保护涂层，从而提高材料的某些性能，比如抗氧化性、耐腐蚀性等，也可以使材料表面更为美观。对于这些对涂层要求不很苛刻的领域，工业上通常采用熔剂法或氧化还原法来制备这种涂层，前者是材料在浸入金属液之前经一定溶剂进行处理，从而保护材料表面不被氧化，以及减少金属镀液表面氧化层对材料浸镀的阻碍作用；后者是材料在浸镀前先经高温氧化再经氢气还原，目的是去除材料表面油、氧化皮等杂质，这些杂质的存在一般会严重影响材料的浸镀效果。但这些制备方法存在浸镀时间长、镀层较厚且厚度不均匀、镀层内存在较多缺陷等问题，从而影响镀层性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防氚渗透涂层热浸镀制备工艺，利用该工艺可以获得良好的浸镀效果。

为了实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

本发明的防氚渗透涂层热浸镀制备工艺的具体过程为：将金属镀液在电磁力作用下流过材料欲镀表面，同时对流经材料的金属镀液施加超声振动，或者直接对材料施加超声振动，在热浸镀后经过热处理，从而最终获得防氚渗透涂层。

所采用的电磁泵铸造工艺是一种先进的金属制品成型工艺，特别适合于大型、复杂结构铸件的铸造，它具有传输金属液体平稳、生产过程和生产状态平稳、铸件一致性好等优点，可以有效减少一般铸造制品中氧化夹杂、微裂纹等缺陷的形成。此处借鉴了该工艺的长处，以减少镀层缺陷，增强镀层一致性。所采用的超声浸镀工艺，即在浸镀工艺中加入超声振动，超声振动对于提高试样与镀液的浸润性、避免漏镀、提高镀层均匀、致密性以及镀层与钢基体的结合力、减小镀层厚度、缩短浸镀时间有显著效果。本发明通过对这些先进浸镀方法的综合应用，达到改善浸镀效果的目的，从而改善镀层性能。所采用的浸镀后热处理为常规的浸镀后热处理工艺，本发明未对常规的浸镀后热处理制度进行改进，常规的浸镀后热处理制度一般为，在空气气氛中经700℃～1100℃×1h～20h热处理。

在本发明的防氚渗透涂层热浸镀制备工艺中，所述的金属镀液为液态铝或液态铝合金。

在本发明的防氚渗透涂层热浸镀制备工艺中，待镀材料的熔点与金属镀液的金属熔点之差≥90℃。