一种Al基B4C复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术属于复合涂层制备领域，具体涉及一种利用冷气动力喷涂制备Al‑B4C复合涂层的方法。首先，将不同化学配比的Al或Al合金和B4C粉末采用机械或球磨进行混合；再采用冷气动力喷涂将制备的复合粉末直接喷涂到含硼钢表面，制备出Al基B4C复合涂层；所获得Al基B4C复合涂层中，孔隙率在5％以下，结合力高于30MPa，厚度在500μm以上。本发明专利技术方法操作简单，制备出的Al基B4C复合涂层组织致密，厚度可控，与含硼钢基体结合良好，B4C颗粒分布均匀并且含量可控。该涂层有可能用于乏燃料贮存和运输容器表面，提高其中子吸收能力。

Preparation of a Al based B4C composite coating

The invention belongs to the field of composite coating preparation, in particular to a method for preparing Al B4C composite coating by means of cold air dynamic spraying. First, the Al or Al alloy and B4C powder with different chemical proportions are mixed with mechanical or ball milling, and then the composite powder is directly sprayed to the surface of boron steel by the cold air dynamic spraying. The Al based B4C composite coating is prepared. The porosity of the Al based B4C composite coating is below 5%, and the bonding force is higher than that of 30MPa and thickness. It is above 500 mu m. The method of the invention has simple operation, the prepared Al based B4C composite coating has compact structure, controllable thickness, good combination with boron bearing steel matrix, uniform distribution of B4C particles and controllable content. The coating may be used for storage and transportation of spent fuel and improve its neutron absorption capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种Al基B4C复合涂层的制备方法
本专利技术属于复合涂层制备领域，具体涉及一种利用冷气动力喷涂制备Al-B4C复合涂层的方法。
技术介绍
随着我国核电事业的快速推进，乏燃料的产生量将大幅增加，因此乏燃料的贮存将会成为严峻问题。由于Al基B4C复合材料具有低的密度、良好的热导性能、良好的力学性能以及高的中子吸收能力，因而目前国外已经将Al基B4C复合材料用作乏燃料的湿法贮存格架，并且取得了很好的效果。而乏燃料干法贮存和运输容器主要由含硼钢构成，由于含硼钢中的硼含量低，中子吸收能力较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Al基B4C复合涂层的制备方法，施加该涂层的罐体可用作乏燃料贮存和运输容器。本专利技术的技术方案如下：一种Al基B4C复合涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将不同化学配比的Al或Al合金和B4C粉末采用机械或球磨进行混合；(2)采用冷气动力喷涂将制备的复合粉末直接喷涂到含硼钢表面，制备出Al基B4C复合涂层；所获得Al基B4C复合涂层中，孔隙率在5％以下，结合力高于30MPa，厚度在500μm以上，B4C颗粒在Al基体中均匀分布。所述的Al基B4C复合涂层的制备方法，步骤(1)中，B4C含量为5～90wt.％。所述的Al基B4C复合涂层的制备方法，步骤(1)中，B4C粉末的粒度范围为5～30μm，Al或Al合金粉末的粒度范围为10～50μm。所述的Al基B4C复合涂层的制备方法，步骤(2)中，冷气动力喷涂的操作条件为温度100～600℃，压力0.5～5.0MPa，喷涂距离5～40mm。要求所述的Al基B4C复合涂层的制备方法，步骤(2)中，制备出的Al基B4C复合涂层中的B4C颗粒均匀弥散分布。本专利技术的设计思想是：为了提高乏燃料干法贮存和运输容器的中子吸收能力，可以在容器表面施加具有高中子吸收能力的涂层。冷喷涂是近年来发展起来的一门新兴涂层制备技术，与传统的热喷涂不同，它是在低温状态下，通过高速粉末颗粒撞击基体时的塑性变形所形成的涂层。因此，冷喷涂可以通过喷涂金属和陶瓷的复合粉末制备复合涂层。本专利技术拟用冷喷涂Al-B4C复合粉末，制备Al基B4C复合涂层，提高乏燃料干法贮存和运输容器的中子吸收能力。该方法操作简便，易于控制，成本较低，该制备技术在国内外未见报导。本专利技术的优点及有益效果是：1.本专利技术制备的Al基B4C复合涂层，制备温度在600℃以下，Al和B4C颗粒之间不会存在界面反应。2.本专利技术Al基B4C复合涂层采用冷喷涂方法制备，两相成分容易控制，操作简单。3.本专利技术制备的涂层可施加于容器、罐体或管道的表面，可用作乏燃料贮存和运输容器，从而大大降低该容器的生产成本。具体实施方式在具体实施过程中，本专利技术Al基B4C复合涂层的制备方法，Al基B4C复合涂层是由B4C颗粒弥散分布于铝或铝合金基体中而形成，具有低的密度、良好的热导性能、良好的力学性能以及高的中子吸收能力，因此可以用于乏燃料运输和贮存设施中的中子吸收材料，该方法具体步骤如下：步骤1混粉：将粒度范围为5～30μm的B4C粉末与10～50μm的Al或Al合金粉末采用机械混合，混粉时间为4～12h，B4C粉末所占质量分数为5％～90％(优选质量分数范围为10～50％)。其中，混粉方式不仅可以选择高能球磨或直接机械混合，球料质量比为10:1～20:1，球磨机转速为200～2000rpm，球磨时间为2～20h，也可以选择铝或其合金包覆B4C制粉。步骤2喷涂：采用冷喷涂设备将步骤1中所制备的复合粉末直接喷涂到含硼钢上形成Al-B4C复合涂层。冷喷涂设备的操作条件为温度100～600℃，压力0.5～5.0MPa，喷涂距离5～40mm。其中，冷喷涂设备请参见中国专利技术专利(专利号：01128130.8，授权公告号：CN1161188C)提到的一种冷气动力喷涂装置或其他商用冷喷涂、动力喷涂或低压冷喷涂设备。冷喷涂制备的Al-B4C复合涂层B4C颗粒均匀弥散分布，冷喷涂制备的Al-B4C复合涂层孔隙率在5％以下，结合力高于30MPa，厚度在500μm以上。下面对本专利技术的实施例作详细说明，在以专利技术技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下面的实施例。实施例1将质量分数15％平均粒度为15μm的B4C和平均粒度为30μm的Al合金粉末机械混合6h，制备出Al-B4C复合粉末；随后用冷喷涂设备在含硼钢40CrB上沉积该复合粉末，操作温度350℃，操作压力1.5MPa，喷涂距离10mm。制备出的Al-B4C复合涂层中，B4C颗粒弥散分布于Al合金基体中。本实施例中，复合涂层厚度为0.5mm，孔隙率约为1％，结合强度35MPa。实施例2将质量分数20％平均粒度为10μm的B4C和平均粒度为20μm的Al合金粉末高能球磨4h，制备出Al-B4C复合粉末，其中球料质量比15:1，球磨机转速1000rpm；随后用冷喷涂设备在含硼钢40MnB上沉积该复合粉末，操作温度400℃，操作压力2.0MPa，喷涂距离15mm。制备出的Al-B4C复合涂层中，B4C颗粒弥散分布于Al合金基体中。本实施例中，复合涂层厚度为1mm，孔隙率约为2％，结合强度32MPa。实施例3将质量分数30％平均粒度为5μm的B4C和平均粒度为15μm的Al合金粉末高能球磨8h，制备出Al-B4C复合粉末，其中球料质量比10:1，球磨机转速800rpm；随后用冷喷涂设备在含硼钢40MnB上沉积该复合粉末，操作温度400℃，操作压力2.2MPa，喷涂距离20mm。制备出的Al-B4C复合涂层中，B4C颗粒弥散分布于Al合金基体中。本实施例中，复合涂层厚度为2mm，孔隙率约为3％，结合强度30MPa。实施例4将质量分数50％平均粒度为5μm的B4C和平均粒度为20μm的Al合金粉末机械混合12h，制备出Al-B4C复合粉末；随后用冷喷涂设备在含硼钢40MnB上沉积该复合粉末，操作温度400℃，操作压力1.8MPa，喷涂距离15mm。制备出的Al-B4C复合涂层中，B4C颗粒弥散分布于Al合金基体中。本实施例中，复合涂层厚度为0.5mm，孔隙率约为5％，结合强度30MPa。实施例结果表明，本专利技术方法操作简单，制备出的Al基B4C复合涂层组织致密，厚度可控，与含硼钢基体结合良好，B4C颗粒分布均匀并且含量可控。该涂层可喷涂于罐体表面，提高罐体的中子吸收能力，施加涂层之后的罐体可用作乏燃料贮存和运输容器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Al基B4C复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将不同化学配比的Al或Al合金和B4C粉末采用机械或球磨进行混合；(2)采用冷气动力喷涂将制备的复合粉末直接喷涂到含硼钢表面，制备出Al基B4C复合涂层；所获得Al基B4C复合涂层中，孔隙率在5％以下，结合力高于30MPa，厚度在500μm以上，B4C颗粒在Al基体中均匀分布。

【技术特征摘要】
1.一种Al基B4C复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将不同化学配比的Al或Al合金和B4C粉末采用机械或球磨进行混合；(2)采用冷气动力喷涂将制备的复合粉末直接喷涂到含硼钢表面，制备出Al基B4C复合涂层；所获得Al基B4C复合涂层中，孔隙率在5％以下，结合力高于30MPa，厚度在500μm以上，B4C颗粒在Al基体中均匀分布。2.按照权利要求1所述的Al基B4C复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，B4C含量为5～90wt.％。3.按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊天英，王吉强，吴杰，杜昊，崔新宇，孔令艳，沈艳芳，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21