[發(fā)明專利]一種硅鉻共滲劑及其應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310401837.6
• 申請日: 2023-04-14
• 公開（公告）號: CN116657081A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設計）人: 呂沙沙;李正操;張?zhí)煲?/a>;阮章順;龍斌;秦博;陶柳;付曉剛
• 申請（專利權）人: 北京師范大學;清華大學;中國原子能科學研究院
• 主分類號: C23C10/54
• 分類號: C23C10/54
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明提供了一種硅鉻共滲劑及其應用，屬于共滲試劑技術領域。本發(fā)明提供了一種硅鉻共滲劑，包括以下質(zhì)量百分含量的組分：惰性填充物40～50％，活化劑1～3％以及余量的硅鉻供劑，所述活化劑包括氯化銨和/或氟化鈉，所述硅鉻供劑包括鉻粉和硅粉，所述硅鉻供劑中硅粉與鉻粉的質(zhì)量比為1：12～1：13。本發(fā)明通過具體限定硅鉻供劑中硅粉與鉻粉的質(zhì)量比，實現(xiàn)了硅鉻共滲，得到的滲層硬度為900～1100HV，厚度為80～100μm，進而提高了耐鉛鉍腐蝕的能力，防止工件基體被鉛鉍腐蝕而影響性能的效果。

技術領域

本發(fā)明涉及共滲試劑技術領域，尤其涉及一種硅鉻共滲劑及其應用。

背景技術

鉛冷快堆是核能國際論壇認定的有望實現(xiàn)商業(yè)化的四代反應堆之一，使用液態(tài)鉛或鉛鉍共晶合金作為冷卻劑。反應堆運行過程中液態(tài)鉛鉍在與回路管道的接觸界面發(fā)生腐蝕，引起材料性能退化，是鉛冷快堆研究面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一，已成為制約發(fā)展的瓶頸問題。一回路鉛鉍循環(huán)泵除了要面臨與其他回路結構相近的溶解腐蝕外，高速旋轉的葉片與冷卻劑的相對流速要遠超其他結構材料，面臨更加嚴重的高流速沖刷腐蝕，使得反應堆運行中葉片持續(xù)減薄，且穩(wěn)定運行壽命較短，是制約鉛鉍堆工程發(fā)展的重要因素。

鉻的氧化層可以有效保護工件的基體進一步受到液態(tài)鉛鉍的腐蝕，硅的氧化層可以起到良好的擴散屏障的作用，防止金屬離子逸出或氧離子進入金屬表面。同時硅與鉻的滲入可以大幅強化工件表面的硬度，增強工件的耐磨性與耐沖刷能力。因此硅鉻共滲法制得的硅鉻共滲層可以起到很好的耐液態(tài)鉛鉍動態(tài)沖刷腐蝕的作用。

粉末包埋法進行硅鉻共滲工藝簡單，成本低廉，是目前工業(yè)上應用廣泛的滲層制備方法，但以滲鉻或者滲硅為側重點，另一個元素的滲入主要起到輔助滲入的作用，得到的滲層硬度最大2000HV，厚度不超過20μm，存在滲層硬度和厚度不能同時兼顧的問題，導致工件基體易被鉛鉍腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種硅鉻共滲劑及其應用。本發(fā)明的硅鉻共滲劑能夠兼顧滲層的硬度和厚度，使工件基體不易被鉛鉍腐蝕。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

本發(fā)明提供了一種硅鉻共滲劑，包括以下質(zhì)量百分含量的組分：

惰性填充物40～50％，活化劑1～3％以及余量的硅鉻供劑，所述活化劑包括氯化銨和/或氟化鈉，所述硅鉻供劑包括鉻粉和硅粉，所述硅鉻供劑中硅粉與鉻粉的質(zhì)量比為1：12～1：13。

優(yōu)選地，所述硅鉻供劑中還包括鐵粉，所述硅鉻供劑中鐵粉的質(zhì)量占比不超過三分之一。

優(yōu)選地，所述鉻粉、鐵粉和硅粉的目數(shù)獨立地為100～300目。

優(yōu)選地，所述惰性填充物的顆粒尺寸為30～40nm。

優(yōu)選地，所述惰性填充物包括氧化鋁。

優(yōu)選地，所述硅鉻共滲劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分：活化劑2％，惰性填充物40％，鉻粉36％，鐵粉19％和硅粉3％。

優(yōu)選地，所述硅鉻共滲劑包括以下質(zhì)量百分含量的組分：活化劑2％，惰性填充物46％，鉻粉48％和硅粉4％。

本發(fā)明還提供了上述技術方案所述硅鉻共滲劑的應用，其特征在于，包括以下步驟：

將工件掩埋于所述硅鉻共滲劑中后密封，進行共滲熱處理，得到共滲層。

優(yōu)選地，所述工件的材質(zhì)為316奧氏體不銹鋼、316Ti奧氏體不銹鋼或15-15Ti奧氏體不銹鋼。

優(yōu)選地，所述共滲熱處理依次包括第一保溫和第二保溫，所述第一保溫的溫度為900℃，保溫時間為0.1～3h，由室溫升溫至所述第一保溫的溫度的時間為1.5～2h；所述第二保溫的溫度為1100℃，保溫時間為6～12h，由所述第一保溫的溫度升溫至所述第二保溫的溫度的時間為1～2h。