[发明专利]一种耐熔融金属及蒸汽腐蚀的复合涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种耐熔融金属及蒸汽腐蚀的复合涂层及其制备方法与应用，属于表面防护涂层技术领域。该制备方法包括以下步骤：于难熔金属基体的表面喷涂Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;涂层，随后再对Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;涂层的表面进行激光上釉处理以使涂层的表面形成釉层。该方法能够使喷涂态Ysubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;涂层内部均匀分布有微孔及微裂纹，可改善涂层的耐热冲击性能；釉层具有微晶或非晶结构，能够起到表面封孔作用，减少熔融金属及蒸汽进入涂层内部的通道，进而可显著提高涂层的耐熔融金属及蒸汽腐蚀性能。该复合涂层能在具有优异的耐热冲击性能的同时，还可提高其耐熔融金属及蒸汽腐蚀性能。该复合涂层可应用于铀及铀合金的熔炼设备中。

技术领域

本发明涉及表面防护涂层技术领域，具体而言，涉及一种耐熔融金属及蒸汽腐蚀的复合涂层及其制备方法与应用。

背景技术

铀和铀合金作为重要的核燃料，在国防以及和平利用核能方面具有重要的地位。金属铀的熔点为1131℃，铀合金的熔点更高。坩埚作为铀和铀合金熔炼过程中盛装原材料的必备容器，熔体对坩埚的侵蚀和浸润程度是决定熔炼能否成功的关键因素，而坩埚的质量将直接关系到熔炼的质量及成本。采用水冷铜坩埚可以获得超高纯的金属，但壳层很昂贵且维护成本较高而寿命有限。目前应用最广泛的是内衬涂敷防护涂层的石墨坩埚，表面的防护涂层可以显著减少石墨部件和铀及铀合金直接接触的机会。但在熔炼过程中涂层容易被矿石擦伤或划破，且涂层本身存在孔隙和裂纹等缺陷，而金属铀及铀合金具有高反应活性，涂层并不能完全避免石墨与铀及铀合金之间发生反应。而且，涂层与石墨之间也可能发生反应生成CO，进而与液态的铀和铀合金发生反应。此外，炉内的石墨灰尘也能与铀和铀合金发生反应，导致坩埚内的熔融金属发生碳污染。因此，石墨坩埚的使用是铀和铀合金熔炼过程中产生的碳污染的重要原因之一。

难熔金属属于高熔点、高沸点材料，具有耐高温、耐腐蚀和加工性能好等诸多优点，可用于铀和铀合金冶炼坩埚及其附属装置的重要材料。然而，金属坩埚和附属装置在长时冶炼服役过程中会受到熔融金属及高温蒸汽的持续冲刷腐蚀而存在破坏的风险，异质材料的混入会对坩埚内的稀贵熔融金属造成污染，从而导致较大的经济损失甚至安全风险。由于容器的损坏和失效大多是从表面破损开始，因此需采用有效的表面防护处理以达到提高基材耐熔融金属及蒸汽腐蚀等方面的性能，从而延长其使用寿命。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种耐熔融金属及蒸汽腐蚀的复合涂层的制备方法，以解决上述技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种由上述方法制备得到的耐熔融金属及蒸汽腐蚀的复合涂层。

本发明的目的之三在于提供一种上述复合涂层在铀及铀合金的熔炼设备中的应用。

本发明的目的之四在于提供一种含有上述复合涂层的铀及铀合金的熔炼设备。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种耐熔融金属及蒸汽腐蚀的复合涂层的制备方法，包括以下步骤：于难熔金属基体的表面喷涂Y₂O₃涂层，随后再对Y₂O₃涂层的表面进行激光上釉处理以使Y₂O₃涂层的表面形成釉层。

在可选的实施方式中，喷涂方式包括低压等离子喷涂、大气等离子喷涂和超音速等离子喷涂中的任意一种。

在可选的实施方式中，喷涂方式为大气等离子喷涂；

大气等离子喷涂的条件包括：等离子喷枪电流为550-800A、氩气流量为35-50L/min、氢气流量为6-14L/min、喷涂距离为100-150mm、送粉速率为15-50g/min。