[发明专利]一种制备管/板材表面致密的α-Al2

说明书

一种制备管/板材表面致密的α‑Al₂O₃涂层的方法，属于涂层制备领域。本发明利用“基体快冷，镀层随冷”的设计思路制备管/板材表面致密α‑Al₂O₃涂层。首先将不锈钢管内壁进行镀铝，然后对镀铝后的管材进行高温氧化处理，在氧化结束前，将与管材内径相匹配的耐火材料塞入管材两端，然后结束高温氧化并立即对钢管进行快冷，最后将快冷后不锈钢管进行干燥处理。本发明通过“基体快冷，镀层随冷”的设计，克服了涂层在高温下产生热应力而导致的涂层破裂和脱落等问题，且设备简单、制备流程短、生产效率高，是一种高通量的管材内壁涂层制备工艺。

技术领域

本发明涉及一种涂层的制备领域，尤其涉及一种利用“基体快冷，镀层随冷”的设计思路制备管/板材表面致密α-Al₂O₃涂层的方法。

技术背景

核能发电是解决能源问题和实现“碳中和”的重要途经。然而由于热核反应的燃料“氚”既有高的扩散性和渗透能力，导致结构材料发生脆化以及放射性污染等问题。因此阻氚材料与阻氚结构的研究受到学者的广泛关注。近些年来，在钢结构材料表面制备阻氚涂层是减少氢及其同位素渗透的最有效方法之一。其中，α-Al₂O₃由于具有高的阻氢因子、化学稳定性以及优异的力学性能等受到广泛的关注。然而，采用传统的热氧化方式，α-Al₂O₃相的形核和长大需要长时间的高温(通常大于1000℃)处理，这导致基体晶粒的长大以及有害相的产生，严重损害基体材料的综合力学性能。同时由于基体和α-Al₂O₃涂层之间热膨胀系数存在着巨大的差异性，在冷却过程中，不锈钢管材内壁生成的α-Al₂O₃将受到巨大的压应力，导致氧化膜的脱落，严重影响涂层质量。因此发明一种在不损伤基体性能的情况下制备致密α-Al₂O₃涂层工艺意义重大。

专利CN106048519B公开申请了一种聚变堆氚增殖包层用Fe-Al/Al₂O₃阻氚涂层及其制备方法，通过对磁控溅射的铝涂层进行650-900℃的真空退火处理，获得一层由α-Al₂O₃和θ-Al₂O₃组成的Al₂O₃薄膜。此工艺不仅流程长、设备复杂，而且不能获得纯粹的α-Al₂O₃薄膜，阻氢能力有限。专利CN101280416B公开申请了一种在钢/铝复合管材表面制备α-Al₂O₃涂层的等离子氧化装置。通过多阴极氧化技术在600℃下制备了致密的α-Al₂O₃涂层。但其设备和实验条件要求较高，且生产效率较低。

发明内容

本发明提供一种利用“基体快冷，镀层随冷”的设计思路制备管/板材表面致密α-Al₂O₃涂层的方法，该方法可以有效解决传统方式制备管材内壁α-Al₂O₃涂层出现的问题：基体材料性能的恶化以及镀层的破裂、脱落；同时，简便的水冷处理，大幅度提升了生产效率、降低了处理成本。

由于本发明适用于多种高温氧化方式，在技术方案中主要描述了电脉冲氧化的具体实施步骤，其余氧化方式同样适用。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备管/板材表面致密α-Al₂O₃涂层的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)对不锈钢管内壁进行镀铝，将镀铝后的管材进行高温氧化处理；