[发明专利]一种提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，特别提供一种对金属表面进行涂层、激光熔覆处理的工艺方法。

背景技术

随着环境和安全问题的日益突出，以及传统能源的逐渐枯竭，新型能源的开发迫在眉睫。ADS嬗变系统(Accelerator Driven Transmutation System)是应对上述挑战的理想选择之一，ADS嬗变系统以其高效利用核废料及高的系统安全性，解决了一直制约着核电可持续发展的核废料处理问题，是目前最具发展前途的新型能源系统之一。因具有良好的热物理性质和化学性质，液态铅、液态铅铋共晶(lead-bismuth eutectic)被视为ADS嬗变系统散裂靶兼冷却剂的首选材料。

9～12％Cr马氏体耐热钢具有良好的高温力学性能、高的热导率、低的热膨胀系数和低辐照肿胀率，已成为ADS等先进核反应系统的包层和包壳候选结构材料。但ADS苛刻的工作环境(高温、辐照、液态金属腐蚀)，对9～12％Cr马氏体耐热钢结构材料提出了新的挑战，且随着设备服役温度的提高和面临的更为苛刻的腐蚀性环境，需要进一步要求提高结构材料的耐腐蚀性能。

通过合适的表面改性工艺可以更进一步提高ADS嬗变系统用9～12％Cr马氏体耐热钢的耐腐蚀性能。研究表明，铝的质量分数控制在5％～20％可以在液态LBE中形成一层致密的氧化铝，抑制铁离子的向外扩散和氧离子的向内扩散，从而保护基体金属免受液态金属的腐蚀。但由于铝活度高，如果直接在基体中添加5％以上的Al，易生成复杂的铝的化合物，恶化金属的力学性能等。因此，亟待一种合适的表面处理方法，在不影响金属的力学性能的同时保证铝的质量分数控制在5％～20％，以期形成致密稳定的氧化铝，从而达到保护金属基体免受LBE腐蚀的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在马氏体耐热钢表面进行耐液态金属腐蚀处理的方法，通过电弧离子镀在金属表面预置一层铝后，采用激光表面熔覆工艺控制金属表面铝活度，以形成致密稳定的氧化铝，阻碍铁和氧离子的向内和向外扩散，从而有效的提高金属的耐液态金属腐蚀性能，延长金属材料的使用寿命。

本发明具体提供了一种提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：首先在马氏体耐热钢表面预置铝层，然后通过激光熔覆工艺处理使预置的铝层与金属基体冶金结合，且控制铝的质量分数在5％～20％之间，最终在液态金属中形成连续致密的氧化铝来保护金属基体。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：该方法适用于9～12％Cr马氏体耐热钢。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：所述马氏体耐热钢的化学成分为：0＜C＜0.5％，0＜Si＜3％，8.5％＜Cr＜13％，0≤Mo＜3％，0≤W＜3％，0％＜Mn＜2.0％，0＜Ta+Nb＜2.0％，0％＜V＜0.5％，余量为铁。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：采用电弧离子镀方法在马氏体耐热钢表面预置铝层。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对金属表面进行预处理：用金相砂纸打磨金属试样，并对其进行表面湿喷砂，经金属洗涤剂清洗后在去离子水中超声清洗，烘干；

(2)、采用电弧离子镀在金属表面预置铝层，铝靶的纯度在99％以上：电弧离子镀工艺条件：真空室真空度小于8×10^-3Pa，保护气体气压保持在0.1－0.3Pa，炉腔温度为100－150℃，偏压-1000V－﹣800V，电弧电流为50－60A，预溅射清洗3－5min，保持其它参数不变，偏压调整为﹣200－﹣250V，在金属基体上沉积一层铝层；

(3)、激光熔覆工艺：利用激光束的能量将预置在金属基体上的铝涂层原料熔化，同时使金属基体表层发生熔化，形成与铝为冶金结合的熔覆涂层，且熔覆层中铝的质量分数控制在5％～20％之间；

(4)、热处理：将激光熔覆工艺处理后的金属在400℃±50℃真空热处理，保温时间为2h±0.5h。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：步骤(2)中在金属基体上沉积的铝层厚度优选为5～10μm。

本发明的有益效果：