[发明专利]一种镍铬合金表面镀层结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种镍铬合金表面镀层结构及其制备方法，适用于核废料玻璃固化领域。该镍铬合金表面镀层结构，由依次通过真空镀膜工艺形成在镍铬合金表面的NiCrAlY结合层和复合氧化物膜层构成；复合氧化物膜层包括若干层依次交叉层叠的Al₂O₃膜层和Cr₂O₃膜层；相邻的Al₂O₃膜层和Cr₂O₃膜层之间设有一层Al₂O₃+Cr₂O₃过渡膜层；最外层为Cr_2‑xM_xO₃膜层(M为Zn、Al或Si)。该镀层结构的有益效果，是可以解决镍铬合金不耐核废料玻璃液相线侵蚀的难题，延长镍铬合金使用寿命，还可拓宽镍铬合金在铁磷酸盐玻璃固化领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种镍铬合金表面镀层结构及其制备方法，包括但不限于测温热电偶套管、机械式搅拌装置、吹气式液位计、出料管和鼓泡装置用601、625、690或693等镍铬合金表面涂层。

背景技术

玻璃的物理和化学耐久性，结合它们的高包容能力，使得玻璃成为核废料固化的重要基质。玻璃固化技术在法国、德国、俄罗斯和美国用于核废料固化已有50多年的历史，以焦耳加热陶瓷熔炉技术和冷坩埚感应加热熔炉技术为典型代表。

俄罗斯和法国于上世纪80年代开始启动冷坩埚感应加热核废料玻璃固化技术的开发，分别于1999年和2010年实现了商业化运行。冷坩埚埚壁通常为金属分段结构，分段金属管内通有冷却水。坩埚壁温度一般不超过200℃，与冷壁接触的玻璃会凝固，形成约1cm厚的冷壳(Skull)。因此，高温玻璃不与坩埚材料直接接触，可以轻而易举地实现高温熔炼(超过1600℃)和长寿命服役。同时，冷坩埚结构紧凑，玻璃比产率大，设备退役难度小。

法国原子能委员会(CEA)玻璃固化冷坩埚设计有一种陶瓷涂层(US 6996153B2)，即在形成坩埚壁的金属管和炉底的金属盒表面上涂上陶瓷电绝缘涂层。韩国CHOMDAN公司设计了一种冷坩埚涂层结构(KR1020140064050A)，冷坩埚分段涂层结构包括等离子涂覆结合层NiCrAlY合金和陶瓷表面涂层(氧化铝与氧化锆的混合物)。

冷坩埚熔炼系统中，除了坩埚壁和坩埚底会接触高温熔体外，还有浸入式测温热电偶、机械式搅拌装置、吹气式液位计、出料管和鼓泡装置，这些装置的使用寿命也是设计整个系统需要考虑的关键参数，所用材质通常为镍铬合金。镍铬合金通常含有20～30wt.％的Cr元素，具有良好的抗侵蚀性能，因此这些合金在焦耳陶瓷熔炉玻璃固化领域应用广泛，其玻璃固化基质绝大多数使用硼硅酸盐玻璃，部分采用铁磷酸盐玻璃。镍铬合金的侵蚀通常发生在气、液两相交界位置处(液相线位置)，使用一段时间后，合金液相线位置会发生明显的缩颈现象，后期极易造成该部件的实效，进而导致整个冷坩埚熔炼系统停机。铁磷酸盐玻璃具有熔制温度底、化学性能稳定、包容率高，已成为固化高放射性核素的新型基质。铁磷酸盐玻璃对镍铬合金的侵蚀性更强，如何确保高温下镍铬合金仍能安全使用，成为工艺设计人员重点解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐玻璃液相线侵蚀的镍铬合金表面镀层结构及其制备方法，包括但不限于测温热电偶套管、机械式搅拌装置、吹气式液位计、出料装置和鼓泡装置用601、625、690或693镍铬合金表面镀层；制备方法为真空镀膜工艺，以解决背景中提到的镍铬合金液相线快速侵蚀的难题，拓宽镍铬合金在铁磷酸盐玻璃固化领域的应用，延长合金使用寿命。

为解决上述难题，本发明提供如下技术方案，一种镍铬合金表面镀层结构及其制备方法。