[發明專利]一種核用結構材料表面高熵合金涂層的制備方法及核用耐輻照結構材料

在審

• 申請號: 202110307699.6
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113061830A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 陳立佳;畢貴軍;郭震;韓冰;盧隆星;張理
• 申請（專利權）人: 廣東省科學院智能制造研究所
• 主分類號: C23C4/08
• 分類號: C23C4/08;C23C4/134;C22C30/00;C22C1/02;B22F9/14;B22F9/04;B22F1/00
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 鮑麗偉

本發明提供了一種核用結構材料表面高熵合金涂層的制備方法及核用耐輻照結構材料。所述制備方法包括：將高熵合金原料通過電弧熔煉法得到高熵合金塊體；將所述高熵合金塊體進行破碎、球磨后置于等離子球化裝置中進行等離子球化，得到高熵合金球形粉末；將所述高熵合金球形粉末通過等離子噴涂的方式噴涂至核用結構材料表面，在所述核用結構材料表面形成高熵合金涂層。本發明通過電弧熔煉、高能球磨和等離子球化制備高熵合金球形粉末，再通過等離子噴涂方法在核用結構材料表面形成了致密的高熵合金涂層，提高了核用結構材料的耐輻照性能。

技術領域

本發明涉及金屬表面防護技術領域，具體而言，涉及一種核用結構材料表面高熵合金涂層的制備方法及核用耐輻照結構材料。

背景技術

過去的幾十年中，清潔能源核能已成為世界第三大能源。由于核電站的嚴苛工況條件，其使用的結構材料一般要求具有良好的耐高溫、耐輻照、耐腐蝕等綜合性能。高熵合金因其獨特的結構和優異的性能而受到廣泛關注，與傳統合金相比，高熵合金一般被定義為由至少五個原子、含量在5-35％之間的主元素構成，這些元素形成簡單的晶體結構固溶體，而不是復雜的金屬間化合物。在高熵效應影響下，高熵合金表現出區別于傳統合金的優異的性能，如高溫熱穩定性、耐腐蝕性和耐輻照性等。然而，由于高熵合金具有較低的可加工性，且制備成本高昂，難以用于核反應堆用結構材料中。高熵合金涂層能夠表現出類似于高熵合金的優勢，但現有方法制得的高熵合金涂層，涂層致密性及耐輻照性能等均有待進一步提高。

發明內容

本發明解決的問題是現有方法制得的高熵合金涂層致密性較差、耐輻照性能較低。

為解決上述問題，本發明提供一種核用結構材料表面高熵合金涂層的制備方法，包括：

將高熵合金原料通過電弧熔煉法得到高熵合金塊體；

將所述高熵合金塊體進行破碎、球磨后置于等離子球化裝置中進行等離子球化，得到高熵合金球形粉末；

將所述高熵合金球形粉末通過等離子噴涂的方式噴涂至核用結構材料表面，在所述核用結構材料表面形成高熵合金涂層。

較佳地，所述高熵合金原料包括Zr、W、Ta、Hf、V、Ti、Cr和Ce中的至少三種，其中，各元素的摩爾比為Zr：W：Ta：Hf：V：Ti：Cr：Ce為0-25:0-25:0-25：0-25：0-25：0-25：0-25：0-5。

較佳地，所述等離子球化裝置的輸出功率為40kW,送粉速度為50-180g/min，中央氣和載氣為氬氣，鞘流氣為氬氫混合氣，其中，所述中央氣的流量為15-30L/min，所述載氣的流量為2-4L/min，所述鞘流氣的流量為50-70L/min。

較佳地，所述高熵合金球形粉末的粒徑為15-70μm。

較佳地，所述將所述高熵合金塊體進行破碎、球磨包括：

將所述高熵合金塊體破碎成尺寸小于2mm的顆粒，得到高熵合金顆粒，將所述高熵合金顆粒置于不銹鋼球磨罐中進行高能球磨，球磨時控制球料比為12-15:1，球磨時間為20-36h，球磨時轉速為250-350rpm。

較佳地，所述等離子噴涂的工藝參數包括：所用電流強度為55-650A，氬氣流量為30-40L/min，氫氣流量為8-13L/min，送粉速度為50-60g/min，噴涂距離為80-150mm，噴槍移動速度為8-1.5m/s。

較佳地，所述高熵合金涂層的厚度為100-1000μm。

較佳地，電弧熔煉的過程在電弧爐中進行，所述電弧爐的熔煉氣氛為氬氣，所述原料在所述電弧爐中翻轉熔煉5-8次。