[发明专利]一种提高铁素体-马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的渗铝涂层制备方法

说明书

本发明公开了一种提高铁素体‑马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的渗铝涂层制备方法，属于核用材料的腐蚀防护技术领域。首先，对铁素体‑马氏体钢进行淬火+回火的调质热处理，随之依次进行表面处理和活化处理。其次，将活化处理后的样品埋入均匀混合的渗铝剂粉末中，样品之间保持足够的间距，并置于双层石英管渗铝装置中。最后，将渗铝装置放入马弗炉中进行渗铝处理。本发明制备出FeAl相组成的渗铝涂层，渗铝涂层均匀致密，与基体结合力好，使其具有良好的耐铅铋腐蚀能力；同时渗铝工艺又不会损伤基体的力学性能。本发明方法操作方便，成本更低，不受工件尺寸和形状的限制，便于工业化推广。

技术领域

本发明涉及核用材料的腐蚀防护技术领域，具体涉及一种提高铁素体-马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的渗铝涂层制备方法。

背景技术

铅铋共晶合金被用于第四代铅铋冷却快堆的冷却剂、以及加速器驱动次临界系统(ADS)的冷却剂和散裂靶备选材料。然而，高温、流动的液态铅铋会对结构材料产生极强的腐蚀作用，对反应堆的安全运行造成危害。如何改善结构材料与液态铅铋合金的相容性成为亟待解决的问题。9～12％Cr铁素体-马氏体钢具有良好的热物理性能和优异的抗辐照肿胀性能，被视为四代铅铋冷却快堆和ADS中堆芯部件的首选结构材料。在控氧的液态铅铋中服役时，受限于铁素体-马氏体钢中的Cr含量，表面生成的氧化层致密性不足，基体中的元素易于穿过氧化层而造成氧化腐蚀速度加快，并且致密性较差的氧化层也易于发生破损和剥落，同样会加速氧化腐蚀行为。较快的氧化腐蚀速度直接影响了铁素体-马氏体钢在液态铅铋中的使用寿命和安全性。

合金钢表面形成保护性涂层的方法来阻挡钢的氧化腐蚀和液态铅铋的侵蚀，有望改善钢的耐铅铋腐蚀性能。粉末包埋渗铝制备铝涂层是一种比较成熟的技术，已成功应用于高温合金部件。然而，渗铝涂层对耐铅铋腐蚀性能的改善效果取决于渗铝涂层的Al含量，研究表明，当渗铝层中含有较高的Al含量时，Al的活性高，渗铝涂层在液态铅铋中会发生溶解而失去保护作用；当渗铝涂层中的Al含量控制为8～25wt.％时，Al的活性显著降低而不会发生溶解，使得渗铝涂层具有良好的耐铅铋腐蚀能力，如FeAl、FeAl₂、AlCr₂等。然而，包埋渗铝过程中，Al的活度远高于基体金属以及Al在铁素体-马氏体钢中的扩散速率快，易形成Al含量高的Fe₂Al₅脆性相。此外，对于使用温度不超过700℃的铁素体-马氏体钢来说，过高的渗铝温度会造成基体组织的粗化甚至奥氏体化，降低基体的力学性能。因此，在不损伤铁素体-马氏体钢力学性能的前提下，如何控制渗铝层的相结构及其Al含量是粉末包埋渗铝方法提高耐铅铋腐蚀性能的关键。

发明内容

针对铁素体-马氏体钢耐液态铅铋腐蚀技术中存在的上述不足之处，本发明目的在于提供一种提高铁素体-马氏体钢耐液态铅铋腐蚀性能的渗铝涂层制备方法，通过采用粉末包埋渗铝工艺制备出低Al含量FeAl相组成的渗铝涂层，渗铝涂层可有效抵挡液态铅铋腐蚀，同时渗铝工艺又不会损伤基体的力学性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种提高铁素体-马氏体钢耐铅铋腐蚀性能的渗铝涂层制备方法，具体包括如下步骤：

1)热处理：对铁素体-马氏体钢进行淬火+回火的调质热处理，淬火处理为950～1050℃保温30～90min后水冷，回火处理为700～800℃保温1～3h后空冷。

2)表面处理：对材料表面进行清洁处理，完全去除表面氧化皮，使其表面露出金属光泽，要求清洁处理后表面粗糙度小于1μm；再依次采用丙酮和酒精进行超声清洗。

3)活化处理：采用体积分数为5～25％的HCl溶液进行表面活化处理1～15min，清水冲洗后迅速吹干。

4)样品埋入：将活化处理后的样品埋入均匀混合的渗铝剂粉末中，样品之间保持足够的间距，然后置于双层石英管渗铝装置中。