[发明专利]一种耐高温液态铅铋合金腐蚀的复合涂层及其制备方法

说明书

发明公开了一种耐高温液态铅铋合金腐蚀的复合涂层及其制备方法，涉及涂层领域，涂层从上到下依次包括二氧化硅层、硅层、铝硅叠层、铝层和连接层，所述连接层与基体通过冶金结合连接，所述铝硅叠层中包括若干小叠层，小叠层从上到下依次包括铝叠层和硅叠层，所述若干小叠层的厚度从下到上依次减小。本涂层具有较好的防腐蚀效果，能进一步的提高涂层服役寿命。

技术领域

本发明涉及一种涂层，具体涉及一种耐高温液态铅铋合金腐蚀的复合涂层及其制备方法。

背景技术

随着世界化石能源供应的紧张，开发一种新型可持续发展的能源迫在眉睫。核能作为一种清洁能源，具有能量密集、存储量大、不产生有害物质，绿色清洁等优点，备受国际学者的青睐，目前对于核能的研究力度也逐年增大。但是核反应堆存在严重的放射性，一旦发生泄漏会对人体以及环境造成难以估计的伤害，所以核电站的安全问题是核能发展过程中急需解决的重大问题之一。加速器驱动次临界系统ADS(AcceleratorDrivenSub-criticalSystem)是将高能质子加速的加速器和核反应堆结合起来，用以维持次临界包层系统的链式反应，使核燃料持续的释放能量，具有相对系统安全性、巨大的核废料嬗变性和良好的中子产生率等特点。

铅铋合金(LBE)，熔点在150-200℃之间，具有高的热导率、硬的中子能谱等特点，可以作为ADS系统中的散裂靶材料和冷却剂。但是，ADS系统中存在高温、高中子流量等极端工作环境，流动的LBE与金属或合金直接接触会对材料表面产生强烈的侵蚀作用。应用在核反应堆的材料主要有奥氏体、马氏体、316L等结构材料，然而液态铅铋合金冷却剂腐蚀性强，结构材料在与高温铅铋合金直接接触时，会产生溶解腐蚀、氧化腐蚀、金属表面冲蚀、重金属扩散等一系列化学物理反应而被严重破坏，从而影响核反应堆的运行稳定性。

目前经常采用表面常规喷涂，后期烧结形成陶瓷涂层。此方法虽有较好的防腐蚀能力，但涂层与基材结合力差。在实际工况中，流动的铅铋合金会与表面涂层形成冲刷摩擦，一旦脆性陶瓷大块脱落，将会使反应堆维护成本急剧上升。因此，结构钢材的表面处理是否会对反应堆的稳定性及安全性造成影响也是需要考虑的问题之一。

采用超音速或等离子体喷涂方式在结构钢材表面喷涂一层致密的耐腐蚀材料是用来减少Ni、Mo元素溶解于液态铅铋合金的方法之一。该耐腐蚀材料主要是铝化物合金涂层，金属元素中铝与氧亲和力最强，能够与铅铋中的氧优先结合生成氧化铝保护膜，从而达到防腐蚀的效果。但是喷涂工艺制备的涂层孔隙率大，需要通过电子束以及激光重熔技术减小内部孔隙率，使用设备成本昂贵，工艺复杂，并且激光重熔后涂层成分有所改变，工艺可控性相对较差。其次，受限于合金粉末粒度，喷涂方式制备的涂层表面粗糙度较高，导致涂层与液态铅铋合金接触面增大，使涂层更易被腐蚀以及冲刷磨损。

因此一种耐高温耐铅铋合金腐蚀的复合涂层及其制备方法是迫切需要的。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种耐高温液态铅铋合金腐蚀的复合涂层及其制备方法，不仅能提高基体与涂层之间的结合力，同时在铅铋合金中具有较好的耐腐蚀效果，能有效提高基体在ADS系统中的使用寿命。

该目的采用以下技术方案实现：涂层从上到下依次包括二氧化硅层、硅层、铝硅叠层、铝层和连接层，所述连接层与基体通过冶金结合连接，所述铝硅叠层中包括若干小叠层，小叠层从上到下依次包括铝叠层和硅叠层，所述若干小叠层的厚度从下到上依次减小。

最外层的二氧化硅层能够延长液体铅铋合金的初次腐蚀时间，进而初步增长本涂层的使用寿命，当二氧化硅层被侵蚀完全后，硅层与液态铅铋合金相接触，硅在液态铅铋合金中的溶解度比铝低约5个数量级，因此在液体铅铋合金中，硅相比铝有更好的防腐蚀效果，同时在制备过程中，二氧化硅可以直接在硅层上氧化得到，因此从制备方法和耐腐蚀强弱双重角度上考虑，本涂层的硅层位于铝硅叠层以及铝层的上方。