[發明專利]一種復合保護膜及其制備方法和耐液態鉛鉍腐蝕性金屬鎢

在審

• 申請號: 202210193235.1
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114574843A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 馬勝強;付沙沙;邢建東;呂萍;符寒光;郭鵬佳
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C22/02
• 分類號: C23C22/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種復合保護膜及其制備方法和耐液態鉛鉍腐蝕性金屬鎢，將鎢棒材切割成實驗樣品；將鉛鉍合金熔化得到液態鉛鉍；將處理后的實驗樣品放入盛有液態鉛鉍的坩堝中并固定樣品，實驗樣品中的W與液態鉛鉍中溶解的氧發生界面反應和擴散反應，首先生成一層WO₃表面膜；WO₃表面膜進一步與溶解在液態鉛鉍中的氧及液態鉛反應再生成一層PbWO₄保護膜；最終，PbWO₄繼續與溶解在液態鉛鉍中的氧及液態鉛反應生成Pb₂WO₅。取出實驗樣品并放置在不銹鋼片上使實驗樣品冷卻后得到具有保護膜的金屬鎢。本發明為擴大難熔金屬在和工業的應用奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于腐蝕科學與防護技術領域，具體涉及一種復合保護膜及其制備方法和耐液態鉛鉍腐蝕性金屬鎢。

背景技術

鎢(tungsten)，元素符號W，呈銀白色，在元素周期表中屬ⅥB族。鎢有許多物理性質在所有金屬中是獨樹一幟的，比如鎢的熔點高達3410℃，是熔點最高的金屬，它的蒸氣壓和蒸發速度是所有金屬中最低的，線膨脹系數隨溫度升高的變化在難熔金屬中最小。鎢的所有這些突出性能為鎢在各種工程中開辟了廣泛且重要的應用領域，鎢及其合金廣泛應用于電子、電光源工業，也在航天、鑄造、武器等部門中用于制作火箭噴管、壓鑄模具、穿甲彈芯、觸點、發熱體和隔熱屏等。此外，由于鎢具有熔點高、濺射產率低、熱應力系數高、密度高、質量數大等諸多優點，它還是聚變堆結構和偏濾器應用以及散裂中子源固體靶應用的候選材料，這些應用場合很多需要在液態金屬冷卻劑環境中使用，以最大限度地減少高熱流和高能質子束輻照造成的材料及設備損傷。

但是液態金屬冷卻劑會對上述材料及設備造成嚴重的腐蝕問題，形成所謂的液態金屬腐蝕損傷。液態鉛-鉍(Pb-Bi)共晶合金因具有化學、物理、熱工水力和中子學性能優異等方面的諸多優勢，成為一種重要的應用于核工業中的先進液態金屬冷卻劑，而鎢在液態鉛鉍中的腐蝕防護及控制措施的研究鮮有報道，急需補充解決。

目前的防護方式主要有兩種，一是從金屬本身入手，研制具有高耐液態金屬腐蝕性能的先進合金，二是在其上施加具有耐液態金屬腐蝕的涂層。目前許多研究表明，鎢的可合金化程度較小，因為當提高耐蝕性的合金元素加入量增多時，合金的可加工性將變得很差或完全不具室溫塑性，因此研究抗液態金屬腐蝕的鎢合金，可控制的措施及手段極其有限。采用施加涂層的方法往往會造成涂層與基體結合力不佳、涂層自身調控難度高及成本大等問題，因此，借助于環境的誘導功能，通過讓材料和腐蝕介質間的原位反應而生成具有防止進一步腐蝕的自保護膜是比較理想的解決上述材料腐蝕問題的有效方法。

難熔金屬鎢在液態鉛鉍中的腐蝕機理與防護的研究鮮有報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種復合保護膜及其制備方法和耐液態鉛鉍腐蝕性金屬鎢，為解決難熔金屬鎢在液態金屬下腐蝕嚴重的問題，提供了有效防護途徑，為難熔金屬鎢在核工業中結構材料的工程化應用奠定理論基礎。

本發明采用以下技術方案：

一種復合保護膜制備方法，將金屬鎢放入液態鉛鉍合金中，金屬鎢與液態鉛鉍合金中溶解的氧發生界面反應和擴散反應，在金屬鎢的表面形成WO₃/PbWO₄/Pb₂WO₅三層復合保護膜。

具體的，液態鉛鉍合金的熔化溫度為200～220℃，保溫時間為60～90min。

具體的，金屬鎢與液態鉛鉍合金中溶解的氧發生界面反應和擴散反應形成WO₃/PbWO₄/Pb₂WO₅三層復合保護膜具體為：