基板及制备方法、封孔系统、包壳管技术方案

本发明专利技术公开了基板及制备方法、封孔系统、包壳管。该方法包括：提供基材，所述基材具有孔隙；利用毛细输液头在所述基材上形成封孔层，所述封孔层填充并封闭所述孔隙。由此，该方法操作简便，且可以形成均匀性较高的封孔层，使得封孔层具有良好的封孔效果，显著提高基材的性能，延长基材的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
基板及制备方法、封孔系统、包壳管
本专利技术涉及表面强化领域，具体地，涉及基板及制备方法、封孔系统、包壳管。
技术介绍
核电作为世界上公认的清洁能源，有高效、安全和经济的特点，可以缓解当前水资源和煤电的短缺。而锆合金因机械性能好、耐腐蚀性能高、热中子吸收截面小等优良特性，被广泛用于核反应堆包壳材料及其他堆内构件。在核工业反应堆中，锆合金核燃料棒包壳管在各种工业介质中服役，介质中包括氧、水蒸气、二氧化硫、硫化氢、气相金属氧化物、熔盐等腐蚀性物质。上述物质会诱发或加剧燃料棒包壳管腐蚀的发生与发展，而温度通常会更进一步加速腐蚀过程。为提高锆合金的高温抗氧化腐蚀性能，延长设计使用寿命，研究人员对锆合金进行了表面改性。锆合金表面改性方法有很多种，如高压釜预膜、离子注入、表面激光处理、离子辐照、微弧氧化等。目前，在基体表面施加涂层是常用的有效方法。基体表面涂层的致密度应较高、涂层与基体应结合牢固，以达到提高高温抗氧化性能的目的。涂层与基体的热导率和热膨胀系数应良好匹配，避免因热应力过大而剥落。在高温滑动或滚动过程中，涂层还应能够抵御外来物的磨损和擦伤。并且涂层不能对基体的力学性能造成不利的影响。由于Cr涂层具有较好的耐腐性能、高温抗氧化性和较低的摩擦因数，故在表面工程领域作为功能性涂层而广泛应用。然而，目前设置有涂层的锆合金的高温抗氧化性能仍有待改进。
技术实现思路
本专利技术是基于专利技术人对于以下事实和问题的发现和认识作出的：专利技术人发现，目前锆合金表面的涂层中具有孔隙，孔隙的存在会影响锆合金的高温抗氧化性。目前，现有技术通常是在锆合金表面镀一层金属膜层，或者涂覆一层溶胶膜层，来提高锆合金的高温抗氧化性能。然而，专利技术人发现，形成上述膜层的方法通常为物理气相沉积或者涂覆等工艺，而上述工艺会在沉积表面会形成极微小的孔隙，上述孔隙会加剧介质中腐蚀性离子对涂层的腐蚀，降低涂层对锆合金的保护作用，降低设置有涂层的锆合金的高温抗氧化性能，甚至介质中的腐蚀性离子通过对孔隙处涂层的腐蚀，将锆合金的部分区域暴露在腐蚀性介质中，进一步降低设置有涂层的锆合金的高温抗氧化性能。并且在涂覆溶胶膜层时，若利用喷枪进行涂覆，会导致形成的膜层厚度不均匀，影响膜层的保护效果，若采用将锆合金浸在溶胶溶液中，并干燥的方法，也会存在形成的膜层厚度不均匀的问题，影响膜层对锆合金的保护效果。本专利技术旨在至少一定程度上缓解或解决上述提及问题中至少一个。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备基板的方法。该方法包括：提供基材，所述基材具有孔隙；利用毛细输液头在所述基材上形成封孔层，所述封孔层填充并封闭所述孔隙。由此，该方法操作简便，且可以形成均匀性较高的封孔层，使得封孔层具有良好的封孔效果，显著提高基材的性能，延长基材的使用寿命。根据本专利技术的实施例，所述基材包括衬底以及设置在所述衬底上的膜层，所述膜层具有孔隙。由此，利用该方法可以简便地在膜层上形成均匀的封孔层，使得封孔层具有良好封孔效果，显著提高膜层的性能，进而显著提高基材的性能，延长基材的使用寿命。根据本专利技术的实施例，所述孔隙的尺寸为微米级。利用该方法形成的封孔层对微米级孔隙具有更好的密封效果，由此，可以进一步提高具有微米级孔隙的基材的性能。根据本专利技术的实施例，在所述基材上形成所述封孔层是通过以下步骤实现的：提供Na2SiO3溶液以及Al2O3溶液；利用所述毛细输液头将所述Na2SiO3溶液涂覆到所述基材具有所述孔隙的一侧，形成Na2SiO3液体膜层；对所述Na2SiO3液体膜层进行自然风干，并进行第一保温处理，形成Na2SiO3固态膜层；利用所述毛细输液头将所述Al2O3溶液涂覆到所述Na2SiO3固态膜层远离所述基材的一侧，形成Al2O3液体膜层；对所述Al2O3液体膜层进行自然风干，并进行第二保温处理，以获得所述封孔层。由此，利用Na2SiO3膜层可以有效的填充并密封孔隙，利用Al2O3膜层可以有效防止介质中水分对Na2SiO3膜层的溶解，获得具有高温抗氧化性以及耐水腐蚀的封孔层，以提高基材的高温抗氧化性和耐水腐蚀性。根据本专利技术的实施例，在所述Na2SiO3溶液中Na2SiO3的质量百分比为15-20％，在所述Al2O3溶液中Al2O3的质量百分比为15-20％。由此，利用上述封孔剂形成的封孔层具有良好的封孔效果、高温抗氧化性以及耐水腐蚀性。根据本专利技术的实施例，所述毛细输液头的扫描速度为10-60mm/s。由此，有利于在基材表面形成均匀的封孔层。根据本专利技术的实施例，所述毛细输液头的扫描搭接率为30％-50％。由此，可以保证基材设置有封孔层的区域能够完全被封孔层覆盖。根据本专利技术的实施例，向所述毛细输液头中注入所述Na2SiO3溶液的速度为0.01-0.022ml/min。由此，有利于Na2SiO3溶液对孔隙的填充，在基材表面形成均匀的Na2SiO3膜层。根据本专利技术的实施例，向所述毛细输液头中注入所述Al2O3溶液的速度为0.01-0.022ml/min。由此，有利于在Na2SiO3固态膜层表面形成均匀的Al2O3液体膜层。根据本专利技术的实施例，所述第一保温处理的温度为250-400℃，时间为8-12min。由此，可以形成Na2SiO3固态膜层，且成膜时间较短。根据本专利技术的实施例，所述第二保温处理的温度为450-580℃，时间为8-12min。由此，可以将Al2O3液体膜层进行固化，且成膜时间较短。根据本专利技术的实施例，所述Na2SiO3固态膜层的厚度小于0.5μm。由此，该Na2SiO3固态膜层与基材之间具有良好的结合力，且该Na2SiO3固态膜层具有良好的密封效果。根据本专利技术的实施例，所述封孔层的厚度小于1μm。由此，该封孔层具有良好的封孔效果，且与基材具有良好的结合力。根据本专利技术的实施例，在所述基材上形成所述封孔层之前，进一步包括：对所述衬底进行清洁处理并干燥，所述清洁处理包括砂磨、抛光以及超声波清洗；在所述衬底上形成所述膜层，形成所述膜层的方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、喷涂、多弧离子镀、电镀、阳极氧化、微弧氧化。由此，便于在衬底上形成膜层，且在形成膜层之前，对衬底进行清洁处理，可以保证膜层与衬底之间具有良好的结合力。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种封孔系统。根据本专利技术的实施例，该封孔系统包括：微量泵、毛细输液头、数控雕刻机以及数控系统，其中，所述微量泵通过毛细管与所述毛细输液头相连，所述毛细输液头固定在所述数控雕刻机的加工机头上，所述数控系统用于控制所述微量泵以及所述数控雕刻机。由此，可以利用该封孔系统对具有孔隙的基材进行封孔，且可以对基材的任一区域进行封孔，操作简便，形成的封孔层具有较高的均匀性，使得封孔层具有良好的封孔效果，可以显著提高基材的性能，延长基材的使用寿命。在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种基板。根据本专利技术的实施例，该基板包括：衬底；防腐膜层，所述防腐膜层设置在所述衬底上，且所述防腐蚀膜层具有微米级孔隙；封孔层，所述封孔层填充并封闭所述孔隙，所述封孔层的厚度小于1μm。由此，可以显著提高防腐蚀膜层的性能，进而显著提高该基板的耐腐蚀性能，延长该基板的使用寿命。根据本专利技术的实施例，构成所述衬底的材料包括锆合金、铝合金、铍合金、镁合金，构成所述防腐蚀膜层的材料包括Cr、TiAlSiN本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备基板的方法，其特征在于，包括：提供基材，所述基材具有孔隙；利用毛细输液头在所述基材上形成封孔层，所述封孔层填充并封闭所述孔隙。

【技术特征摘要】
1.一种制备基板的方法，其特征在于，包括：提供基材，所述基材具有孔隙；利用毛细输液头在所述基材上形成封孔层，所述封孔层填充并封闭所述孔隙。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基材包括衬底以及设置在所述衬底上的膜层，所述膜层具有孔隙。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述孔隙的尺寸为微米级。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述基材上形成所述封孔层是通过以下步骤实现的：提供Na2SiO3溶液以及Al2O3溶液；利用所述毛细输液头将所述Na2SiO3溶液涂覆到所述基材具有所述孔隙的一侧，形成Na2SiO3液体膜层；对所述Na2SiO3液体膜层进行自然风干，并进行第一保温处理，形成Na2SiO3固态膜层；利用所述毛细输液头将所述Al2O3溶液涂覆到所述Na2SiO3固态膜层远离所述基材的一侧，形成Al2O3液体膜层；对所述Al2O3液体膜层进行自然风干，并进行第二保温处理，以获得所述封孔层。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述Na2SiO3溶液中Na2SiO3的质量百分比为15-20％，在所述Al2O3溶液中Al2O3的质量百分比为15-20％。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述毛细输液头的扫描速度为10-60mm/s。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述毛细输液头的扫描搭接率为30％-50％。8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，向所述毛细输液头中注入所述Na2SiO3溶液的速度为0.01-0.022ml/min。9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，向所述毛细输液头中注入所述Al2O3溶液的速度为0.01-0.022...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳红，李怀林，邱长军，刘豪，王晓婧，郑明珉，夏海鸿，
申请(专利权)人：国家电投集团科学技术研究院有限公司，南华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11