一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层，涂层为三层梯度复合结构；其中，最内层由Li

【技术实现步骤摘要】
一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层及其制备方法
本专利技术涉及防护涂层
，尤其涉及一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层及其制备方法。
技术介绍
面对核电安全及能源日益短缺的问题，发展清洁、高效及安全的先进核能系统对于调整我国能源结构，促进经济增长，实现能源的可持续发展，具有重要的意义。目前，国际上核技术发达国家提出了一系列新概念反应堆设计和核燃料循环方案，其中以液态铅合金(包括铅和铅铋合金)作为冷却剂的铅冷快堆作为第四代核能系统主要堆型之一。因其具有良好的核废料嬗变和核燃料增殖能力，以及较高的安全性和经济性，且易小型化，越来越受到国际核能领域的重视，未来将有广阔的发展空间。虽然铅基反应堆具有许多优异的特性，但它面临一个特有的问题，即液态铅合金会腐蚀与之接触的结构材料，因此，结构材料的抗铅合金腐蚀性能决定着铅基反应堆的结构设计和长期的稳定与安全运行。和堆内其他构件相比，核主泵服役条件更为苛刻，泵叶轮表面除易受到铅合金的化学腐蚀之外，泵叶轮处高流速铅合金带来的机械冲刷力还将造成泵叶轮表面的摩擦和磨损。根据相关文献报道，在铅基反应堆参考堆型的设计条件下，以316L奥氏体不锈钢为代表的泵叶轮材料将因为高温、高流速铅合金的冲刷腐蚀而失去作用。因此，研发一种新型的、与泵叶轮材料基体具有良好匹配性、具备抗高流速铅合金冲刷腐蚀的防护涂层，对于铅基反应堆的研发具有重要科学意义和工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种与泵叶轮金属材料基体匹配性好，并具有优异的抗高流速铅合金冲刷腐蚀性能的玻璃陶瓷涂层及其制备方法。本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层，所述涂层为三层梯度复合结构；其中，所述涂层的最内层由热膨胀系数和金属基体匹配的Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷构成；最外层由抗铅合金冲刷腐蚀性能优异的CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷构成；中间层由所述Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷和CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷复合构成，并且，其中的Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷质量比为40～60％。作为本专利技术的优选方式之一，按照质量百分比，所述Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷的原料组成为：Li2O10～20％、ZnO10～30％、SiO250～70％；所述CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷的原料组成为：CaO5～15％、MgO10～20％、Al2O35～15％、SiO240～60％。作为本专利技术的优选方式之一，所述涂层的制备方法如下：S1、玻璃粉的制备①根据各玻璃陶瓷组分，计算、称量基础玻璃的氧化物，然后将原料混合均匀后放入刚玉坩埚内；②将载有原料的刚玉坩埚放入高温电阻炉中加热，在1400～1600℃保温1～3h，即得均匀的玻璃熔体；接着，将玻璃熔体迅速倒入室温水浴中水淬，即可得到细碎的玻璃粒；通过该方法分别获得Li2O-ZnO-SiO2和CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃粒；S2、浆液的制备①将步骤S1中得到的玻璃粒、磨球与无水乙醇一起放入球磨罐中进行球磨；球磨24～48h后，干燥、过筛，即得玻璃粉；通过该方法分别获得Li2O-ZnO-SiO2玻璃粉、CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃粉以及由上述两种玻璃粉构成的复合玻璃粉；其中，复合玻璃粉中Li2O-ZnO-SiO2玻璃粉的质量占比的40～60％；②将制备好的玻璃粉、有机粘结剂和溶剂放入球磨罐，湿法球磨1～3h，即得玻璃料浆；通过该方法分别获得Li2O-ZnO-SiO2玻璃料浆、CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃料浆和复合玻璃料浆；S3、样品的清洗及预处理使用砂纸打磨不锈钢基体的表面，然后将打磨过的试样放入NaOH碱水溶液中清洗除污，接着再将上述碱清洗过的试样放入水中进行超声振荡清洗，最后将清洗过的试样放入烘箱中干燥12～24h；S4、涂层的涂敷和烧结将制备好的料浆通过刷涂或喷涂的方法涂敷在已经预处理好的不锈钢基体表面，并放入烘箱中干燥，后置于700～1000℃的马弗炉中烧结1～3h，即得玻璃陶瓷涂层；采用上述方法，首先在不锈钢基体表面开展最内层涂层的涂敷和烧结，即Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷涂层的涂敷和烧结；然后，再在最内层涂层表面开展中间层涂层的涂敷和烧结，即Li2O-ZnO-SiO2和CaO-MgO-Al2O3-SiO2复合玻璃陶瓷涂层的涂敷和烧结；最后，在中间层表面开展最外层涂层的涂敷和烧结，即CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷的涂敷和烧结；通过上述三次涂敷和烧结工艺，即可在不锈钢基体表面制备获得具备三层梯度复合结构的玻璃陶瓷涂层。一种上述铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层的制备方法，包括如下步骤：S1、玻璃粉的制备①根据各玻璃陶瓷组分的设计，计算、称量基础玻璃的氧化物，然后将原料混合均匀后放入刚玉坩埚内；②将载有原料的刚玉坩埚放入高温电阻炉中加热，在1400～1600℃保温1～3h，即得均匀的玻璃熔体；接着，将玻璃熔体迅速倒入室温水浴中水淬，即可得到细碎的玻璃粒；通过该方法分别获得Li2O-ZnO-SiO2和CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃粒；S2、浆液的制备①将步骤S1中得到的玻璃粒、磨球与无水乙醇一起放入球磨罐中进行球磨；球磨24～48h后，干燥、过筛，即得玻璃粉；通过该方法分别获得Li2O-ZnO-SiO2玻璃粉、CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃粉以及由上述两种玻璃粉构成的复合玻璃粉；其中，复合玻璃粉中Li2O-ZnO-SiO2玻璃粉的质量占比的40～60％；②将制备好的玻璃粉、有机粘结剂和溶剂放入球磨罐，湿法球磨1～3h，即得玻璃料浆；通过该方法分别获得Li2O-ZnO-SiO2玻璃料浆、CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃料浆和复合玻璃料浆；S3、样品的清洗及预处理使用砂纸打磨不锈钢基体的表面，然后将打磨过的试样放入NaOH碱水溶液中清洗除污，接着再将上述碱清洗过的试样放入水中进行超声振荡清洗，最后将清洗过的试样放入烘箱中干燥12～24h；S4、涂层的涂敷和烧结将制备好的料浆通过刷涂或喷涂的方法涂敷在已经预处理好的不锈钢基体表面，并放入烘箱中干燥，后置于700～1000℃的马弗炉中烧结1～3h，即得玻璃陶瓷涂层；采用上述方法，首先在不锈钢基体表面开展最内层涂层的涂敷和烧结，即Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷涂层的涂敷和烧结；然后，再在最内层涂层表面开展中间层涂层的涂敷和烧结，即Li2O-ZnO-SiO2和CaO-MgO-Al2O3-SiO2复合玻璃陶瓷涂层的涂敷和烧结；最后，在中间层表面开展最外层涂层的涂敷和烧结，即CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷的涂敷和烧结；通过上述三次涂敷和烧结工艺，即可在不锈钢基体表面制备获得具备三层梯度复合结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层，其特征在于，所述涂层为三层梯度复合结构；其中，所述涂层的最内层由Li

【技术特征摘要】
1.一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层，其特征在于，所述涂层为三层梯度复合结构；其中，所述涂层的最内层由Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷构成；最外层由CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷构成；中间层由Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷和CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷复合构成，并且，其中的Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷质量比为40～60％。


2.根据权利要求1所述的铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层，其特征在于，按照质量百分比，所述Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷的原料组成为：Li2O10～20％、ZnO10～30％、SiO250～70％；所述CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷的原料组成为：CaO5～15％、MgO10～20％、Al2O35～15％、SiO240～60％。


3.根据权利要求1或2所述的铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层，其特征在于，所述涂层的制备方法如下：
S1、玻璃粉的制备
①根据各玻璃陶瓷组分，计算、称量基础玻璃的氧化物，然后将原料混合均匀后放入刚玉坩埚内；
②将载有原料的刚玉坩埚放入高温电阻炉中加热，在1400～1600℃保温1～3h，即得均匀的玻璃熔体；接着，将玻璃熔体倒入室温水浴中水淬，即可得到细碎的玻璃粒；
通过该方法分别获得Li2O-ZnO-SiO2和CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃粒；
S2、浆液的制备
①将步骤S1中得到的玻璃粒、磨球与无水乙醇一起放入球磨罐中进行球磨；球磨24～48h后，干燥、过筛，即得玻璃粉；
通过该方法分别获得Li2O-ZnO-SiO2玻璃粉、CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃粉以及由上述两种玻璃粉构成的复合玻璃粉；其中，复合玻璃粉中Li2O-ZnO-SiO2玻璃粉的质量占比的40～60％；
②将制备好的玻璃粉、有机粘结剂和溶剂放入球磨罐，湿法球磨1～3h，即得玻璃料浆；
通过该方法分别获得Li2O-ZnO-SiO2玻璃料浆、CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃料浆和复合玻璃料浆；
S3、样品的清洗及预处理
使用砂纸打磨不锈钢基体的表面，然后将打磨过的试样放入NaOH碱水溶液中清洗除污，接着再将上述碱清洗过的试样放入水中进行超声振荡清洗，最后将清洗过的试样放入烘箱中干燥12～24h；
S4、涂层的涂敷和烧结
将制备好的料浆通过刷涂或喷涂的方法涂敷在已经预处理好的不锈钢基体表面，并放入烘箱中干燥，后置于700～1000℃的马弗炉中烧结1～3h，即得玻璃陶瓷涂层；
采用上述方法，首先在不锈钢基体表面开展最内层涂层的涂敷和烧结，即Li2O-ZnO-SiO2玻璃陶瓷涂层的涂敷和烧结；然后，再在最内层涂层表面开展中间层涂层的涂敷和烧结，即Li2O-ZnO-SiO2和CaO-MgO-Al2O3-SiO2复合玻璃陶瓷涂层的涂敷和烧结；最后，在中间层表面开展最外层涂层的涂敷和烧结，即CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃陶瓷的涂敷和烧结；
通过上述三次涂敷和烧结工艺，即可在不锈钢基体表面制备获得具备三层梯度复合结构的玻璃陶瓷涂层。


4.一种如权利要求1～3任一所述的铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、玻璃粉的制备
①根据各玻璃陶瓷组分的设计，计算、称量基础玻璃的氧化物，然后将原料混合均匀后放入刚玉坩埚内；
②将载有原料的刚玉坩埚放入高温电阻炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖尊奇，姜志忠，罗林，黄群英，万毅，卫捷，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34