[發(fā)明專利]含鉻鐵基高溫合金的表面處理方法及含鉻鐵基高溫合金件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710355223.3
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107130242B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 劉崎;俞國軍;韓晗;孫華;冷濱
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 衛(wèi)麟

本發(fā)明公開了一種含鉻鐵基高溫合金的表面處理方法，用于提高含鉻鐵基高溫合金的抗高溫熔鹽腐蝕性能。該方法具體為：在真空環(huán)境或氣氛保護環(huán)境下，將待處理的含鉻鐵基高溫合金件在高溫熔鹽中放置至少10小時；所述高溫熔鹽中含有離子濃度為20 ppm~10000 ppm的Fe²⁺離子和離子濃度為10ppm~100ppm的Ni²⁺離子。本發(fā)明還公開了一種含鉻鐵基高溫合金件以及一種在高溫熔鹽環(huán)境中使用含鉻鐵基高溫合金的方法。本發(fā)明可大幅提高含鉻鐵基高溫合金的抗高溫熔鹽腐蝕性能，使其滿足高溫熔鹽環(huán)境的使用要求，從而拓寬熔鹽堆用合金結(jié)構(gòu)材料的選材范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種合金的表面處理方法，尤其涉及一種含鉻鐵基高溫合金的表面處理方法，屬于材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

熔鹽堆以其高固有安全性、經(jīng)濟性、不停堆換料、一回路低蒸汽壓等優(yōu)點被選定為第四代核反應堆概念堆型之一。但是熔鹽堆內(nèi)高溫、強中子輻照及強腐蝕性的服役環(huán)境對堆內(nèi)合金結(jié)構(gòu)材料提出了挑戰(zhàn)。現(xiàn)有反應堆合金結(jié)構(gòu)材料，如輕水堆、高溫氣冷堆使用的各種鐵基合金，均因鐵不耐氟化物熔鹽腐蝕而不能滿足熔鹽堆的要求。美國從上世紀50年代初開始花費了大量人力、財力發(fā)展熔鹽堆用結(jié)構(gòu)材料，并最終由橡樹嶺國家實驗室(ORNL)開發(fā)出INOR-8合金，其商業(yè)化名稱為Hastelloy N合金。該合金在1960年代中期成功地用于ORNL的MSRE實驗堆。我國科研單位也開發(fā)出了類似的GH3535合金。此類抗熔鹽腐蝕鎳基高溫合金為奧氏體型鎳基合金，屬于固溶強化高溫耐蝕Ni-Mo-Cr合金。然而，因為資質(zhì)上的瓶頸以及性能上的缺陷，Hastelloy N合金迄今為止尚不能作為商用熔鹽堆的結(jié)構(gòu)材料。首先，沒有經(jīng)過更廣泛的測試，Hastelloy N合金沒有美國機械工程師協(xié)會(ASME)針對反應堆壓力殼的相關(guān)許用規(guī)范。其次，在熔鹽堆的運行過程當中，Hastelloy N合金易受裂變產(chǎn)物碲元素的高溫滲透，導致晶間開裂，存在較大的安全隱患。

含鉻鐵基高溫合金廣泛應用于核能、火電、航空、航天等高溫領(lǐng)域。由于此類合金中添加了鉻，在各種水溶液和高溫氧化環(huán)境中，其表面會形成富鉻的鈍化膜或氧化膜，抑制合金的進一步腐蝕，使其具有良好的高溫性能和耐腐蝕性能。然而，如果將其用于類似熔鹽堆這樣的高溫熔鹽體系中，含鉻鐵基合金中的鉻不會形成保護性表面膜，反而會選擇性的被溶解；同時，在高溫服役環(huán)境下，材料中的鉻元素容易在晶界處富集，晶粒與晶界之間的電偶腐蝕進一步加快了材料的沿晶腐蝕，使得其耐熔鹽腐蝕能力變差。在外應力作用下，材料很容易發(fā)生局部的脆性斷裂而失效。此外，高溫熔鹽工況體系中通常會同時用到石墨、炭炭復合材料等碳基材料，而碳基材料會加速含鉻鐵基合金的腐蝕。因此，普遍認為含鉻鐵基高溫合金無法用于類似熔鹽堆這樣的高溫熔鹽環(huán)境，從而限制了含鉻鐵基高溫合金材料的應用范圍。

相對于Hastelloy N合金，許多含鉻鐵基高溫合金具備現(xiàn)成的許用規(guī)范，且不易發(fā)生碲致晶間開裂。此外，其中子耐受性、經(jīng)濟性、可加工性也比Hastelloy N合金高很多。因此，如果能解決含鉻鐵基高溫合金耐高溫熔鹽腐蝕的問題，會對熔鹽堆技術(shù)的發(fā)展應用產(chǎn)生極其重大的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有含鉻鐵基高溫合金無法滿足高溫熔鹽環(huán)境使用要求的不足，提供一種含鉻鐵基高溫合金的表面處理方法，可大幅提高含鉻鐵基高溫合金的抗高溫熔鹽腐蝕性能，使其滿足高溫熔鹽環(huán)境的使用要求，從而拓寬熔鹽堆用合金結(jié)構(gòu)材料的選材范圍。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

一種含鉻鐵基高溫合金的表面處理方法，用于提高含鉻鐵基高溫合金的抗高溫熔鹽腐蝕性能，在真空環(huán)境或氣氛保護環(huán)境下，將待處理的含鉻鐵基高溫合金件在高溫熔鹽中放置至少10小時；所述高溫熔鹽中含有離子濃度為20ppm～10000ppm的Fe²⁺離子和離子濃度為10ppm～100ppm的Ni²⁺離子。