一種提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬表面處理技術領域，特別提供一種在馬氏體耐熱鋼表面制備搪瓷涂層以提高其耐液態金屬腐蝕的方法。
【背景技術】
[0002]隨著能源危機的加劇，開發安全、能量密度高、環境友好型的新能源迫在眉睫。核電是應對這些挑戰較理想的選擇，但核廢物的處理問題一直制約著核電的可持續發展。ADS嬗變系統(Accelerator Driven sub-critical System)以其高效利用核廢料及高的系統安全性，是目前最有發展前途的核廢物嬗變系統。液態鉛及液態鉛鉍共晶合金以其優越的物理性能和化學性能，成為ADS嬗變系統散裂靶兼冷卻劑的首選材料。
[0003]馬氏體耐熱鋼由于具有良好的高溫強度、塑性和足夠高的高溫化學穩定性被廣泛應用在核電、化工、石油等工業部門。9?12% Cr馬氏體耐熱鋼是在傳統馬氏體耐熱鋼的基礎上優化化學成分和熱處理規范顯著提高了其持久強度。9?12% Cr馬氏體耐熱鋼以其較低的熱膨脹系數、較高的導熱率和低廉的價格(相比較于奧氏體鋼)等優良性能，已成為ADS等先進核反應系統的包層和包殼候選結構材料。但ADS苛刻的工作環境(高溫、輻照、液態金屬腐蝕)，對9?12% Cr馬氏體耐熱鋼結構材料提出了新的挑戰，且隨著設備服役溫度的提高和面臨的更為苛刻的腐蝕性環境，需要進一步要求提高結構材料的耐腐蝕性倉泛。
[0004]通過在材料表面增加涂層可以更進一步提高ADS嬗變系統用9?12% Cr馬氏體耐熱鋼的耐腐蝕性能。研究表明，搪瓷涂層具有獨特的化學惰性造成其與液態鉛鉍的潤濕性差且與合金基體形成界面的化學結合，價格相對低廉且抗界面剝落能力通常優于傳統的陶瓷涂層而表現出優異的耐高溫氧化性能而備受親睞，但是在低氧濃度下的關于搪瓷涂層耐液態鉛鉍的腐蝕性能國內外報告很少。因此，研究搪瓷涂層在真空度低于0.1Pa下耐液態金屬的腐蝕性能且保證搪瓷涂層和金屬基體之間有很強的粘著力而不致使搪瓷涂層的剝落，從而達到保護金屬基體的目的具有重要意義。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種在馬氏體耐熱鋼表面制備搪瓷涂層后提高金屬的耐液態金屬腐蝕性能的工藝方法，首先在馬氏體耐熱鋼表面噴涂搪瓷粉層，經過固化反應后制備搪瓷涂層，能夠有效的提高金屬的耐液態金屬腐蝕性能，延長金屬材料的使用壽命。
[0006]本發明所述提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于:搪瓷配料在1400±50°C高溫熔融，充分反應后水冷，通過球磨獲得搪瓷粉末。所述搪瓷配料的主要成分為 S12 和 Al2O3,其中 55%^ S12 ^ 60%, 10%^ Al2O3 ^ 20%o
[0007]本發明所述提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于:所述馬氏體耐熱鋼為9?12% Cr馬氏體耐熱鋼，優選化學成分為0.1%^C^0.3%,0%^ Si ( 2%,9%^Cr^l2%,0%^ff^2%,0%<Mn^l.0%, Ta+Nb 彡0.3%，0%<￥彡0.2%，余量為鐵。
[0008]本發明所述提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于:所述液態金屬為250°C?700°C的鉛鉍共晶，且液態鉛鉍中的氧濃度低于氧化鉛的生成濃度。
[0009]本發明所述提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010](I)、對金屬表面進行預處理:金屬試樣用600號金相砂紙打磨、倒角，并對其進行表面噴沙，經金屬洗滌劑清洗后在去離子水中超聲清洗，烘干；
[0011](2)、將搪瓷配料在1400±50°C高溫熔融，充分反應后水冷，通過球磨得到搪瓷粉末；
[0012](3)、將搪瓷粉與無水乙醇混合，噴涂于金屬表面，烘干后通過固化反應在700°C?760°C燒結成一定厚度的搪瓷涂層。
[0013]本發明的有益效果:
[0014]本發明采用經過高溫熔融充分反應所得搪瓷粉末與無水乙醇混合后，噴涂于金屬表面，經過固化反應后在金屬表面制備搪瓷涂層，且搪瓷涂層的本征結構為硅氧四面體[Si04]，其與液態鉛鉍的相容性較差，液態金屬在搪瓷涂層表面不易發生過度粘附，有效地保護金屬基體在較低氧濃度下發生溶解腐蝕，非常適合作為液態LBE環境下金屬的防護涂層，在700°C?760°C燒結后搪瓷涂層與金屬基體的粘著力較強，從而降低了涂層與金屬基體剝落的可能性，且燒結溫度低于材料的回火溫度，對材料的組織性能基本上沒有影響，有效地提高金屬的耐液態金屬腐蝕性能，延長金屬的使用壽命。
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1制備的搪瓷涂層截面圖。
[0016]圖2為實施例1在600°C真空度低于0.1Pa液態鉛鉍腐蝕500小時后的截面形貌。
[0017]圖3為對比例I在600°C真空度低于0.1Pa液態鉛鉍腐蝕500小時后的截面形貌。
【具體實施方式】
[0018]以下實施例將對本發明做進一步描述。
[0019]實施例1
[0020](I)對金屬表面進行預處理:將15mmX 1mmX 2mm尺寸的金屬試樣用金相砂紙逐級打磨至600號，并將所有棱角邊倒成圓角，然后對金屬表面噴沙，經金屬洗滌劑清洗后在去離子水中超聲清洗，烘干；
[0021](2)將優化設計的搪瓷配料在1400°C高溫熔融，充分反應后水冷，通過球磨制成搪瓷粉末，搪瓷的主要成分為 S12:58.26%, Al2O3:19.2%，CaO:3.66%, ZrO2:5.29%,B2O3:4.66%, Na2O:3.40%, KNO3:5.53% ；
[0022](3)將搪瓷粉末與無水乙醇混合,噴涂于金屬表面,烘干后通過固化反應在金屬表面在730°C 土 10°C燒結成約40 μ m搪瓷涂層。
[0023]上述金屬材料為馬氏體耐熱鋼，具體化學成分為:C:0.25wt.%, Si:1.43wt.%,Cr:10.8wt.%, Mn:0.54wt.%, ff:1.2wt.%, Ta:0.llwt.%, V:0.19wt.%, Nb:0.0lwt.%,
余量為鐵。
[0024]通過上述方法制備的搪瓷涂層截面見圖1，圖2為在600°C真空度低于0.1Pa液態鉛鉍腐蝕500小時后的截面形貌，圖1和圖2對比可以看出，搪瓷涂層的厚度并沒有發生變化，證明搪瓷涂層沒有發生溶解腐蝕。
[0025]實施例2
[0026]9?12% Cr馬氏體耐熱鋼的化學成分為:C:0.19wt.%, S1:1.05wt.%, Cr:10.05wt.%, Mn:1.06wt.%, ff:1.19wt.%，Ta:0.lwt.%, V:0.2wt.%，Nb:0.0lwt.%，余量為鐵。該金屬的其他表面處理工藝與實施例1一樣。
[0027]實施例3
[0028]9?12% Cr馬氏體耐熱鋼的化學成分為:C:0.15wt.%, S1:1.23wt.%, Cr:
10.46wt.%，Mn:0.41wt.%, ff: 1.5wt.%，Ta:0.15wt.%, V:0.19wt.%，Nb:0.014wt.%，余量為鐵。該金屬的表面處理工藝與實施例1 一樣。
[0029]實施例4
[0030]9?12 % Cr馬氏體耐熱鋼的化學成分為:C:0.23wt.%, S1:1.3wt.%, Cr:
9.93wt.%，Mn:0.94wt.%, ff: 1.16wt.%，Ta:0.lwt.%, V:0.2wt.%，Nb:0.0lwt.%，余量為鐵。該金屬的表面處理工藝與實施例1 一樣。
[0031]實施例5
[0032]9?12% Cr馬氏體耐熱鋼的化學成分為:C:0.22wt.%, S1:1.56wt.%, Cr:
10.73wt.%，Mn:0.67wt.%, ff: 1.41wt.%，Ta:0.19wt.%, V:0.21wt.%，Nb:0.0lwt.%，余量為鐵。該金屬的表面處理工藝與實施例1 一樣。
[0033]對比例I
[0034]將熱處理后的15mmX 1mmX 2mm尺寸的金屬試樣用金相砂紙逐級打磨至2000號，并將所有棱角邊倒成圓角，經金屬洗滌劑清洗后在去離子水中超聲清洗，烘干，金屬材料的化學成分與實施例1相同。在600°C真空度低于0.1Pa液態鉛鉍腐蝕500小時后的截面形貌如圖3所示，金屬表面沒有形成氧化膜，發生溶解腐蝕。
[0035]對比例2
[0036]將熱處理后的15mmX 1mmX 2mm尺寸的金屬試樣用金相砂紙逐級打磨至2000號，并將所有棱角邊倒成圓角，經金屬洗滌劑清洗后在去離子水中超聲清洗，烘干，金屬材料的化學成分與實施例2相同，在600°C真空度低于0.1Pa液態鉛鉍腐蝕500小時截面形貌與對比例I相差不大。
[0037]對比例3
[0038]將熱處理后的15mmX 1mmX 2mm尺寸的金屬試樣用金相砂紙逐級打磨至2000號，并將所有棱角邊倒成圓角，經金屬洗滌劑清洗后在去離子水中超聲清洗，烘干，金屬材料的化學成分與實施例3相同，在600°C真空度低于0.1Pa液態鉛鉍腐蝕500小時截面形貌與對比例I相差不大。
[0039]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于:在馬氏體耐熱鋼表面噴涂搪瓷粉層，經過固化反應后制備搪瓷涂層。2.按照權利要求1所述提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于:將搪瓷配料在1400±5(TC高溫熔融，充分反應后水冷，通過球磨獲得搪瓷粉末。3.按照權利要求1或2所述提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于:所述馬氏體耐熱鋼為9?12% Cr馬氏體耐熱鋼。4.按照權利要求3任一所述提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于:馬氏體耐熱鋼的化學成分為0.1%彡C彡0.3%，0%彡Si彡2%，9%彡Cr彡12%，0%^ W ^ 2%,0%< Mn 彡 1.0%, Ta+Nb 彡 0.3%,0%< V 彡 0.2%，余量為鐵。5.按照權利要求1、2或4所述提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于:液態金屬為250°C?700°C的鉛鉍共晶，且液態鉛鉍中的氧濃度低于氧化鉛的生成濃度。6.按照權利要求1、2或4所述提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于，具體步驟如下: (1)、對金屬表面進行預處理:金屬試樣用600號金相砂紙打磨、倒角，并對其進行表面噴沙，經金屬洗滌劑清洗后在去離子水中超聲清洗，烘干； (2)、將搪瓷配料在1400±50°C高溫熔融，充分反應后水冷，通過球磨得到搪瓷粉末； (3)、將搪瓷粉與無水乙醇混合，噴涂于金屬表面，烘干后通過固化反應在700°C?760°C燒結成搪瓷涂層。
【專利摘要】本發明的目的在于提供一種提高馬氏體耐熱鋼耐液態金屬腐蝕的方法，其特征在于：在馬氏體耐熱鋼表面噴涂搪瓷粉層，經過固化反應后制備搪瓷涂層。采用該方法在馬氏體耐熱鋼表面進行處理，能夠有效的提高金屬的耐液態金屬腐蝕性能，延長金屬材料的使用壽命。
【IPC分類】C23D5/02, C23D1/02
【公開號】CN105386051
【申請號】CN201410456587
【發明人】嚴偉, 石全強, 單以銀, 楊振國, 王威, 楊柯
【申請人】中國科學院金屬研究所
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2014年9月9日