本发明专利技术属于金属表面处理技术领域，特别提供一种在9～12wt％Cr马氏体耐热钢表面制备TiN涂层以提高金属耐液态金属腐蚀的方法。采用电弧离子镀在9～12％Cr马氏体耐热钢表面预置氮化钛涂层。采用该方法在9～12％Cr马氏体耐热钢表面进行处理，能够有效的提高金属的耐液态金属腐蚀性能，延长金属材料的使用寿命。
A Method for Improving the Corrosion Resistance of Martensite Heat Resistant Steel to Liquid Metals
The invention belongs to the technical field of metal surface treatment, in particular to a method for preparing TiN coating on the surface of 9-12wt% Cr martensitic heat-resistant steel to improve the corrosion resistance of metals to liquid metals. Titanium nitride coating was pre-deposited on 9-12% Cr martensitic heat-resistant steel by arc ion plating. This method can effectively improve the corrosion resistance of metal to liquid metal and prolong the service life of metal materials by treating the surface of 9-12% Cr martensitic heat-resistant steel.
【技术实现步骤摘要】
一种提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法
本专利技术属于金属表面处理
，特别提供一种在9～12wt％Cr马氏体耐热钢表面制备TiN涂层以提高金属耐液态金属腐蚀的方法。
技术介绍
随着能源危机加剧和全球室温效应的日益严重，开发安全、能量密度高、环境友好型的新能源迫在眉睫。核电是应对这些挑战较理想的选择，但核废物的处理问题一直制约着核电的可持续发展。ADS嬗变系统(AcceleratorDrivensub-criticalSystem)以其高效利用核废料及高的系统安全性，是目前最有发展前途的核废物嬗变系统。液态铅和液态铅铋共晶合金以其优越的物理性能和化学性能，成为ADS嬗变系统散裂靶兼冷却剂的首选材料。9～12％Cr马氏体耐热钢以其较低的热膨胀系数、较高的导热率、较低的辐照肿胀和价格(相比较于奥氏体钢)等优良性能，已成为ADS等先进核反应系统的包层和包壳候选结构材料。但ADS苛刻的工作环境(高温、辐照、液态金属腐蚀)，对9～12％Cr马氏体耐热钢结构材料提出新的挑战，且随着设备服役温度的提高和面临的更为苛刻的腐蚀性环境，需要进一步要求提高结构材料的耐腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在9～12％Cr马氏体耐热钢表面制备TiN涂层后提高金属的耐液态金属腐蚀性能的方法，采用该方法在9～12％Cr马氏体耐热钢表面进行处理，能够有效的提高金属的耐液态金属腐蚀性能，延长金属材料的使用寿命。本专利技术的技术方案是：一种提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，在含有9～12wt％Cr的马氏体耐热钢表面预置氮化钛涂层。所述的提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，通过电弧离子镀方法在马氏体耐热钢表面沉积氮化钛涂层。所述的提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，按重量百分比计，含有9～12wt％Cr的马氏体耐热钢的化学成分为：0.1％≤C≤0.3％，0％≤Si≤2％，9％≤Cr≤12％，0％≤W≤2％，0％＜Mn≤1.0％，Ta+Nb≤0.3％，0％＜V≤0.2％，余量为铁。所述的提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，液态金属为温度350℃～700℃的铅或铅铋共晶，且液态铅或铅铋共晶中的氧浓度低于氧化铅的生成浓度。所述的提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，具体步骤如下：(1)对马氏体耐热钢表面进行预处理：马氏体耐热钢用金相砂纸逐级打磨至2000#砂纸，抛光，经丙酮和酒精清洗后，在去离子水中超声清洗，烘干；(2)电弧离子镀设备真空室真空度小于10-2Pa，通入保护气体氩气，加载负偏压-500～-1000V，辉光清洗5～15min；(3)采用电弧离子镀预置氮化钛涂层，钛靶的纯度在99.9wt％以上：电弧离子镀工艺条件：氮分压(1～8)×10-1Pa，马氏体耐热钢施加负偏压-100～-500V，钛靶弧流60～90A，在马氏体耐热钢的表面沉积厚度为2～5μm的氮化钛涂层。本专利技术的设计思想是：本专利技术通过在材料表面预置涂层，可以更进一步提高ADS嬗变系统用9～12％Cr马氏体耐热钢的耐液态金属的腐蚀性能。研究表明，TiN涂层具有优异的耐腐蚀性能、高的熔点、较高的硬度、理想的光电性能和良好的辐照兼容性等被广泛应用，且TiN的热膨胀系数和9～12％Cr马氏体耐热钢的相差不大，因此保证TiN涂层和马氏体耐热钢基体之间的具有理想的结合力而不致使涂层的剥落失效，从而达到保护金属基体的目的。本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术通过电弧离子镀的方法在9～12％Cr马氏体耐热钢表面制备TiN涂层，充分利用TiN涂层优异的耐腐蚀和侵蚀的性能，良好的辐照兼容性和较高的熔点和硬度，提高金属材料的耐液态金属腐蚀性能，且TiN涂层和9～12％Cr马氏体耐热钢的热膨胀系数具有相对较高的匹配性，有效地提高涂层和基体之间的结合力，保证在低氧流动液态金属的服役环境中涂层的稳定性和完整性，有效地提高金属的耐液态金属腐蚀性能，延长金属的使用寿命。附图说明图1为实施例1制备的TiN涂层截面图。图2为实施例1在600℃真空度低于0.1Pa液态铅铋腐蚀500小时后的截面形貌。图3为对比例1在600℃真空度低于0.1Pa液态铅铋腐蚀500小时后的截面形貌。具体实施方式在具体实施过程中，首先在打磨清洗后9～12％Cr马氏体耐热钢表面进行辉光清洗，然后通过电弧离子镀制备TiN涂层，以下通过实施例将对本专利技术做进一步描述。实施例1本实施例中，本专利技术提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法如下：(1)对马氏体耐热钢表面进行预处理：将15mm×10mm×2mm尺寸的马氏体耐热钢试样用金相砂纸逐级打磨至2000号，并将所有棱角边倒成圆角，抛光，经丙酮和酒精清洗后在去离子水中超声清洗，烘干；(2)离子镀膜时将真空室抽至极限真空度3×10-3Pa，然后通入保护气体氩气，加载负偏压-800V，进行辉光清洗10min；(3)采用电弧离子镀预置TiN涂层，钛靶的纯度在99.9wt％以上：镀膜参数：氮分压4×10-1Pa，马氏体耐热钢施加负偏压-350V，钛靶弧流75A，在马氏体耐热钢的表面沉积0.5h，形成约3μm厚的TiN涂层。上述马氏体耐热钢的具体化学成分为：C：0.25wt.％，Si：1.43wt.％，Cr：10.8wt.％，Mn：0.54wt.％，W：1.2wt.％，Ta：0.11wt.％，V：0.19wt.％，Nb：0.01wt.％，余量为铁。如图1所示，通过上述方法制备的TiN涂层截面；如图2所示，在600℃真空度低于0.1Pa液态铅铋腐蚀500小时后的截面形貌。由图1和图2对比可以看出，TiN涂层的厚度并没有发生变化，证明TiN涂层能有效地保护马氏体耐热钢基体。实施例2本实施例中，本专利技术提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法如下：9～12％Cr马氏体耐热钢的化学成分为：C：0.19wt.％，Si：1.05wt.％，Cr：10.05wt.％，Mn：1.0wt.％，W：1.19wt.％，Ta：0.1wt.％，V：0.2wt.％，Nb：0.01wt.％，余量为铁。该马氏体耐热钢的其他表面处理工艺与实施例1一样。实施例3本实施例中，本专利技术提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法如下：9～12％Cr马氏体耐热钢的化学成分为：C：0.15wt.％，Si：1.23wt.％，Cr：10.46wt.％，Mn：0.41wt.％，W：1.5wt.％，Ta：0.15wt.％，V：0.19wt.％，Nb：0.014wt.％，余量为铁。该马氏体耐热钢的表面处理工艺与实施例1一样。实施例4本实施例中，本专利技术提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法如下：9～12％Cr马氏体耐热钢的化学成分为：C：0.23wt.％，Si：1.3wt.％，Cr：9.93wt.％，Mn：0.94wt.％，W：1.16wt.％，Ta：0.1wt.％，V：0.2wt.％，Nb：0.01wt.％，余量为铁。该马氏体耐热钢的表面处理工艺与实施例1一样。实施例5本实施例中，本专利技术提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法如下：9～12％Cr马氏体耐热钢的化学成分为：C：0.22wt.％，Si：1.56wt.％，Cr：10.73wt.％，Mn：0.67wt.％，W：1.41wt.％，Ta：0.19wt.％，V：0.2wt.％，Nb：0.01wt.％，余量为铁本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于，在含有9～12wt％Cr的马氏体耐热钢表面预置氮化钛涂层。
【技术特征摘要】
1.一种提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于，在含有9～12wt％Cr的马氏体耐热钢表面预置氮化钛涂层。2.按照权利要求1所述的提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于，通过电弧离子镀方法在马氏体耐热钢表面沉积氮化钛涂层。3.按照权利要求1所述的提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于，按重量百分比计，含有9～12wt％Cr的马氏体耐热钢的化学成分为：0.1％≤C≤0.3％，0％≤Si≤2％，9％≤Cr≤12％，0％≤W≤2％，0％＜Mn≤1.0％，Ta+Nb≤0.3％，0％＜V≤0.2％，余量为铁。4.按照权利要求1或2所述的提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于，液态金属为温度350℃～700℃的铅或铅...
【专利技术属性】
技术研发人员：石全强，严伟，单以银，李艳芬，王威，杨振国，
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
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