铝化物、氮化物涂层的制备及其在液态铅铋合金中耐腐蚀性能的研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HoshinoYuki
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加速器驱动次临界系统(ADS)安全性强,可以实现嬗变处理长寿命核废料、生产核燃料等功能。作为ADS系统的散裂靶兼冷却剂的液态铅铋合金(LBE)具有良好的中子学性能及热性能等。但当结构材料直接暴露在高温流动的LBE中时,会因溶解、氧化等腐蚀而对核反应堆系统的安全运行造成威胁。对于500℃以上运行的ADS系统,必须在结构材料表面制备防腐蚀涂层进行保护。根据涂层材料种类及其性质特点,国际上耐LBE腐蚀涂层的研究对象主要包括:氧化物涂层、氮化物涂层、难熔金属涂层以及铝化物合金涂层等。其中铝化物合金涂层是当前最具应用潜力的涂层发展对象,而对氮化物涂层在高温LBE回路中的防腐蚀性能的研究相对较少。本论文利用热蒸发、离子镀、磁控溅射等多种方法制备了铝化物和氮化物涂层,对它们在LBE中的防腐蚀性能进行了初步研究,得到了一些有意义的研究结果。具体研究内容和结果如下:  1.铝化物涂层  用热蒸发法在马氏体钢T91表面制备铝镀层,对不同气氛下退火获得的涂层研究发现,在空气中热处理会引起涂层表面的过度氧化;在氮气中热处理既可以在铝涂层表面形成氧化层又不会导致钢材的过度氧化。对涂层在550℃氧饱和LBE中腐蚀1000h后的研究发现,涂层具有良好的耐腐蚀性。  在此基础上,用热蒸发法在奥氏体不锈钢316L、马氏体钢CLAM和T91表面采用三种不同的Si掺杂工艺制备了Al-Si,Si-Al及Al(Si)涂层。对涂层在550℃LBE中腐蚀1000h后研究发现,涂层在316L表面都能起到一定的防腐蚀作用,Al-Si涂层具有最佳的防腐蚀性能;在550℃LBE中腐蚀2000h后T91和CLAM钢表面的涂层产生不同程度的溶解腐蚀,其中Al,Al-Si及Al(Si)涂层均能起到一定的防腐蚀作用,Si-Al涂层则被腐蚀的较严重。掺硅后的涂层的防腐蚀性能并没有显著提高,说明在铝涂层中掺入硅的工艺需要进一步探索和改进。  2.氮化物涂层  利用离子镀技术在316L、CLAM和T91表面成功制备出TiN及(Ti,Al)N涂层,并将涂层在550℃LBE中腐蚀1000h,研究发现:TiN涂层发生氧化剥落,而Al掺杂的(Ti,Al)N涂层表现出良好的抗腐蚀性能。用磁控溅射法在316L表面成功制备出TiN涂层,为了改善TiN涂层与钢基体的结合性,在TiN涂层与钢基体间加入一层纯Ti作为缓冲层。研究发现:TiN涂层和(Ti,Al)N涂层表面致密平整,厚度均匀。
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