一种用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料技术方案

本发明专利技术提供了一种用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，是以无机硅改性的无机磷酸盐作为基础树脂粘结剂，片状二硫属化合物和石墨的混合物作为固体润滑剂，稀土氟化物和硼类化合物作为中子吸收剂，三氧化二锑和二氧化钛作为辅助功能填料，去离子水作为稀释剂，经球磨分散获得均匀涂料。将涂料在金属或合金基体上喷涂或刷涂后，经高温固化后形成均匀、致密的耐高温、耐辐射固体润滑复合涂层。性能测试表明，该涂层材料在金属或者合金基体上具有良好的附着力、柔韧性、耐冲击以及耐水浸泡等综合性能，同时具有优异的耐高温和耐辐照性能，可用于核反应堆系统中相关滑动部件在长期高温、强辐射等特殊工况下的表面防粘和润滑防护。防护。

【技术实现步骤摘要】
一种用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料


[0001]本专利技术涉及一种用于核反应堆系统中滑动部件表面润滑防护涂料，尤其涉及核反应堆系统中高低温交变、强辐射、氦介质等特殊工况下相关滑动部件表面的长期高温润滑防护的无机磷酸盐类涂料。

技术介绍

[0002]在碳达峰、碳中和的大背景下，加快推进能源结构转型，发展清洁低碳、安全高效的绿色核能，是世界能源发展的必然所趋，也是新时代我国建设美丽家园，实施生态文明建设战略和能源革命的必然选择。核反应堆作为核能的关键核心系统，其中包含了大量的运动零部件，例如控制棒系统中的滚滑动轴承、齿轮、涡轮、链轮以及连接套、套环等。这些运动部件长期处于高低温交变、强辐射、特殊介质以及动态摩擦磨损等复杂环境的耦合作用，零部件表面极易因磨损而导致失效，这严重影响了反应堆的运行稳定性和安全性。因此，相关滑动部件表面必须经过表面润滑防护处理后才能保证反应堆的安全稳定运行。
[0003]目前用于核反应堆系统滑动部件的润滑材料主要有离子镀MoS2、MoS2‑
Ti、Au/MoS
2 和TiN/MoS
2 等多层结构薄膜类涂层，以及等离子喷涂Cr3C2等涂层，上述这些涂层具有较好的耐高温和抗辐照性能，但是由于其过程工艺复杂、对零件精度要求高、价格成本高等方面的局限性，限制了其在核领域的大量使用。相反，以聚酰亚胺和聚醚醚酮为代表的有机类粘结固体润滑涂层的应用比较广泛，但由于高温、强辐射下的降解作用，有机类粘结固体润滑涂层寿命短，其不适合核辐射环境下长期的润滑防护。无机磷酸类粘结固体润滑涂层具有良好的耐温和耐辐照性能，是应用于核辐射领域理想的润滑涂层材料，但是其本身的脆性、不耐承载等不足亟需解决。因此，本专利技术旨在解决无机磷酸盐树脂的柔韧性，开发一种综合力学性能优异，适用于核反应堆系统中滑动部件表面的长期润滑与防粘涂层材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种适用于核反应系统中滑动部件表面润滑与防粘的无机磷酸盐类涂料及其制备方法，主要用于解决核反应堆系统中相关滑动部件在长期的高低温交变、强辐射等复杂工况下的防粘和润滑防护问题。涂料制备及施工工艺简单、生产成本低。
[0005]本专利技术用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，是以耐高温和耐辐照性能良好的无机硅改性的无机磷酸盐作为基础树脂粘结剂，片状二硫属化合物和石墨的混合物作为固体润滑填料，稀土氟化物和硼类化合物作为中子吸收剂，三氧化二锑和二氧化钛作为辅助功能填料，去离子水作为稀释剂，在球磨罐中经48小时的研磨分散获得均匀涂料。
[0006]本专利技术用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，按重量分数计算，涂料的组成为：无机硅改性的磷酸盐10%~30%，层状二硫属化合物10%~50%，石墨粉10%~50%，稀土氟化物1%~10%，硼类化合物0.5%~2%，三氧化二锑0.5%~3%，二氧化钛0.2%~1.5%，余量为去
离子水。
[0007]所述层状二硫属化合物为片状二硫化钼或片状二硫化钨，粒径为0.8~1.2 μm，厚度为0.1~0.8 μm，纯度≥98%。
[0008]所述石墨粉粒径为0.2~2 μm，厚度为0.1~1.2 μm，纯度≥98%。
[0009]所述稀土氟化物为氟化镧或氟化铈，粒径为200~500 nm，纯度≥99%。
[0010]所述硼类化合物为氧化硼，为无定型态，粒径为0.1~0.8的纳米颗粒。
[0011]所述二氧化钛为粒径为10~100 nm的纳米粒子。
[0012]所述无机硅改性的无机磷酸盐的制备方法，是将磷酸、三氧化铬、氢氧化铝粉末分散于去离子水中后，加热至105~115℃回流1~2小时后，加入无机硅搅拌1~2小时至均相，自然冷却至室温即得。其中，无机硅为气相二氧化硅或碱性硅溶胶；磷酸与三氧化铬的质量比12:1~15:1；磷酸与氢氧化铝粉末的质量比为2:1~4:1；磷酸与无机硅的质量比为28:1~30:1。
[0013]本专利技术用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料的使用方法，取混合均匀后的涂料，采用喷涂、刷涂或浸涂的方式，在经过喷砂处理的零件表面制备涂层。涂敷后在空气中放置5~6小时，待表干后，于120
±
10℃保温2小时，继续升温至310℃后保温1小时，自然冷却至室温，即获得完全固化后的润滑防护涂层。涂层厚度通过涂装次数实现控制，一般厚度为20~100
ꢀµ
m。该润滑防护涂料适用于温度为RT~800℃核辐射环境中金属或合金表面的润滑与防烧粘防护。
[0014]本专利技术的优点及有益效果如下：1、本专利技术制备的用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂层，制备工艺简单、施工方便，成本低，利于工程化应用。
[0015]2、本专利技术以本身耐温和耐辐照性能良好的无机硅改性磷酸盐为连续相粘结树脂，通过树脂对润滑填料和功能填料的包覆作用，可有效降低填料的高温氧化和辐照损伤；另一方面，稀土氟化物不仅能与润滑填料发生协同润滑效应，提高涂层承载能力和延长寿命，同时还能吸收湮灭部分中子，进一步降低强辐照对润滑与功能填料的损伤。最终保证涂层具有长期的润滑防护功能，满足反应堆四十年以上的设计运行周期。
[0016]3、本专利技术适用于核反应堆系统中相关金属类滑动零部件在高低温交变、重载和强辐射苛刻环境中的长期表面润滑与防粘防护，采用喷涂、刷涂或浸涂的方式在经过喷砂处理的金属或合金表面制备涂层，经高温固化后，涂层附着力、柔韧性和耐冲击、耐高温等综合性能优异。经1.34
×
106Gy的γ射线辐照后，涂层表面完好（图1），在氦气介质中，平均摩擦系数小于0.06，磨损寿命超过150万转，磨损率低于9.0
×
10
‑
8 mm/Nm（图2和图3），与辐照前的摩擦学性能基本保持一致，仍然表现出良好的减摩耐磨性能。
附图说明
[0017]图1 涂层经过伽马射线辐照后的微观结构形貌。
[0018]图2 伽马射线辐照前后涂层在不同介质中的摩擦系数曲线。
[0019]图3伽马射线辐照前后涂层在不同介质中的平均摩擦系数和磨损率比较。
具体实施方式
[0020]以下结合附图并通过实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术并不仅仅限于以下实施方式。
[0021]实施例1用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料的制备：准确称量85%的磷酸340g加入三口烧瓶中，加入25g三氧化铬后机械搅拌至完全溶解，继续加入110 g去离子水，向三口烧瓶中缓慢加入97%的氢氧化铝粉60g后搅拌至完全溶解，然后加热至110
±
5℃回流1小时后，为了提高无机磷酸铬铝粘结剂的柔韧性，加入12g气相二氧化硅纳米粒子，继续机械搅拌2小时后冷却至室温得到无机硅改性的磷酸铬铝粘结剂。称取上述改性后的磷酸铬铝粘结剂40 g，向其中加入25 g二硫化钼，25 g 石墨粉，2 g 三氧化二锑，5 g氟化镧，2 g氧化硼，1 g二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，是以无机硅改性的无机磷酸盐作为基础树脂粘结剂，片状二硫属化合物和石墨的混合物作为固体润滑剂，稀土氟化物和硼类化合物作为中子吸收剂，三氧化二锑和二氧化钛作为辅助功能填料，去离子水作为稀释剂，经球磨分散获得均匀涂料。2.如权利要求1所述的用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，其特征在于：各原料组分的重量百分比为：无机硅改性的磷酸盐10%~30%，层状二硫属化合物10%~50%，石墨粉10%~50%，稀土氟化物1%~10%，硼类化合物0.5%~2%，三氧化二锑0.5%~3%，二氧化钛0.2%~1.5%，余量为去离子水。3.如权利要求1所述的用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，其特征在于：所述层状二硫属化合物为片状二硫化钼或片状二硫化钨。4.如权利要求1所述的用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，其特征在于：所述稀土氟化物为氟化镧或氟化铈。5.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴平，陈磊，崔海霞，张岳，周惠娣，陈建敏，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：