[發明專利]一種適用于鐵基復雜部件的FeAl/Al2

有效

• 申請號: 201811324783.3
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109518109B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 王偉;黃群英;吳宜燦;張思緯
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: C23C2/02
• 分類號: C23C2/02;C23C2/12;C23C2/28;C25D11/06;C23C28/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 張潔;仇蕾安

本發明涉及一種適用于鐵基復雜部件的FeAl/Al₂O₃梯度阻氚涂層的制備方法，屬于涂層技術領域。先將清潔的基體放入KF+K₂ZrF₆+AlF₃+NaF+KCl的水溶液中進行助鍍；再將助鍍后的基體浸入熔融鋁液中，使基體表面形成一層均勻致密的Al鍍層；然后將浸鋁后的基體在惰性氣體氛圍中進行擴散熱處理，隨后將鍍鋁部件放在Na₂SiO₃+NaOH電解液中進行微弧氧化處理，使基體表面形成一層致密的Al₂O₃涂層。所述方法通過優化助鍍液和浸鍍鋁液的組成，有效降低了浸鍍鋁的溫度、增加了鐵基復雜部件基體表面涂層的均勻性和致密性，同時避免出現復雜部件表面漏鍍的現象。

技術領域

本發明涉及一種適用于鐵基復雜部件的FeAl/Al₂O₃梯度阻氚涂層的制備方法，特別適用于在大型復雜部件表面制備FeAl/Al₂O₃梯度阻氚涂層，屬于涂層技術領域。

背景技術

在以氘氚為燃料的聚變堆和混合堆中，如何阻止氚在金屬結構件中的滲透是其設計的關鍵技術之一。由于氚原子的半徑和質量很小，在大多數金屬材料中具有較強的穿透性，未來以氘氚為燃料的聚變堆中，氚泄露不僅會造成核燃料的損失更會導致金屬結構材料產生氫脆，對系統的力學性能和壽命帶來嚴重的負面影響，甚至將對環境造成一定的污染。

Al₂O₃陶瓷是一種優秀的高溫材料，具有優良的耐鋰鉛腐蝕性能、較高的氚滲透降低因子(TPRF)和電絕緣效果等性能特點。因此，熱浸鋁方法在結構材料表面制備FeAl/Al₂O₃梯度涂層是目前解決氚滲透問題的有效途徑之一，也是解決聚變堆液態鋰鉛包層的氚滲透、材料相容性問題和磁流體動力學(MHD) 效應的可行技術途徑之一。

然而現有熱浸鋁法在鐵基復雜部件上制備FeAl/Al₂O₃梯度阻氚涂層存在以下問題：1)熱浸鍍溫度高、氧化嚴重。浸鍍用熔融浸鍍鋁液的溫度越高，其流動性越好，越有利于浸鍍復雜部件，可減少漏鍍現象。然而溫度越高，增加能耗的同時鍍液的氧化現象越嚴重，并且溫度越高對設備的要求越大且不利于設備的維護。2)熔融浸鍍鋁液的浸潤性差，致使工件尤其是大型復雜部件表面鍍 Al層厚度不均勻、甚至出現漏鍍的現象。3)致密性差。由于這些問題的存在，使得熱浸鋁法無法在大型復雜部件(相對于實驗室用小型片狀樣品部件而言) 表面制備高質量的FeAl/Al₂O₃梯度阻氚涂層，阻礙了FeAl/Al₂O₃梯度阻氚涂層的工程化應用。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種適用于鐵基復雜部件的FeAl/Al₂O₃梯度阻氚涂層的制備方法，首先在將部件基體進行表面進行清潔處理后，在 KF+K₂ZrF₆+AlF₃+NaF+KCl的水溶液中進行助鍍；隨后將助鍍后的部件基體浸入 660～760℃熔融浸鍍鋁液中保持0.1～20min，使部件基體表面形成一層均勻致密的Al涂層；再將浸鋁后的部件基體在惰性氣體氛圍中進行擴散熱處理，隨后將部件基體放在Na₂SiO₃+NaOH電解液中進行微弧氧化處理，使部件基體表面形成一層致密的FeAl/Al₂O₃梯度涂層。所述方法通過優化助鍍液和浸鍍鋁液的成分，有效降低了浸鍍鋁的溫度、提高了熔融浸鍍鋁液的浸潤性，增加了鐵基復雜部件基體表面FeAl/Al₂O₃梯度阻氚涂層的均勻性和致密性，同時避免出現漏鍍的現象。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下。