[发明专利]一种促进铁素体-马氏体钢表面生成耐铅铋腐蚀FeAl渗层的方法

说明书

本发明公开了一种促进铁素体/马氏体钢表面生成耐铅铋腐蚀FeAl渗层的方法，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，随之进行冷变形处理。其次，将冷变形处理后的样品埋入均匀混合的渗铝剂粉末中，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。本发明通过在渗铝处理前增加冷变形处理，可显著提高粉末包埋渗铝制备FeAl渗层的形成速率和致密性，同时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，具体涉及一种促进铁素体-马氏体钢表面生成耐铅铋腐蚀FeAl渗层的方法。

背景技术

铅或铅铋被用于第四代先进核能系统的冷却剂介质，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。Cr为9～12％的铁素体-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，被视为第四代先进核能系统的首选结构材料。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。

采用渗铝方法在材料表面生成渗铝层来阻挡材料的氧化腐蚀和液态金属的侵蚀，被视为改善材料耐铅铋腐蚀性能的一种新方法。目前已开发的渗铝方法包括热浸法、气相沉淀法、料浆法、粉末包埋法等，其中，粉末包埋渗铝是一种比较成熟的技术，已成功应用于高温合金部件。然而，铁素体/马氏体钢表面制备渗铝层仍存在诸多技术难题。低温渗铝制度下，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。而高温渗铝工艺会造成基体组织的粗化甚至奥氏体化，恶化基体的力学性能。此外，渗铝层的Al含量直接决定渗铝层的耐铅铋腐蚀效果，Al含量较高的渗铝层会在液态铅铋中会发生溶解而失去保护作用，据报道当渗铝涂层中的Al含量控制为8～25wt.％时(如FeAl、FeAl₂、AlCr₂等)，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。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(专利号CN202110274228.X)”提出了一种低温包埋渗铝工艺在铁素体/马氏体钢表面制备低活性FeAl相渗铝层的方法，以提高耐铅铋腐蚀性能。但是，较低的渗铝温度会降低渗铝速度，显著影响效率。针对这一问题，本发明提出了一种促进铁素体/马氏体钢表面生成耐铅铋腐蚀FeAl渗层的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种促进铁素体/马氏体钢表面生成耐铅铋腐蚀FeAl渗层的方法，通过对铁素体/马氏体钢进行冷变形的预处理，提高粉末包埋渗铝过程中FeAl渗层的形成速率和致密性，同时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：

一种促进铁素体/马氏体钢表面生成耐铅铋腐蚀FeAl渗层的方法，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；其中：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：首先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，要求表面粗糙度小于1μm；然后依次采用丙酮和酒精进行超声清洗；

3)冷变形处理：在室温下进行冷变形处理，累积变形量为10～40％；

4)样品埋入：将冷变形后的样品超声清洗后，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；