一种耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金制造技术

本发明专利技术涉及一种耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金。合金化学成分为：Fe：40～45at.％；W：0～6at.％；Cr：18～21at.％；Mo：9～11at.％；C：4～6at.％；B：5～7at.％；Y：1～3at.％；Al：0～7at.％，其中W、Al不为0。本发明专利技术在Fe

【技术实现步骤摘要】
一种耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金


[0001]本专利技术涉及耐高温腐蚀的合金材料
，尤其是涉及一种耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金。

技术介绍

[0002]铅冷快堆是一种用熔融铅或者铅基合金作为冷却剂的反应堆。铅冷快堆是目前主要发展的第四代主力堆型，铅冷快堆既能够作为ADS的核心部件参与分离嬗变，又能够作为单独的核反应堆使用。目前铅冷快堆中使用的冷却剂主要是液态铅铋合金(LBE)，液态铅铋合金作为冷却剂具有许多优异的特性，如低熔点、高沸点、低蒸气压、传热性良好、热稳定性、辐照稳定性和化学性质稳定等。然而液态铅铋合金会对铅冷快堆部件的钢结构材料(如316L、T91等)产生严重的氧化和溶解腐蚀问题，因此研发耐液态铅铋合金腐蚀防护涂层是目前铅冷快堆应用需要解决的关键技术问题。
[0003]目前已经报道了一些耐液态铅铋合金腐蚀的新材料，例如：低活化钢、FeCrAl合金和ODS强化的铁素体钢(CN202010446229.3)等，耐腐蚀涂层有Al、Al2O3、FeCrAlY(CN201911092583.4、CN201810809190.X)、Mo氧化层(CN202010032712.7)和TiC等。但是目前这些材料在高温或超低氧条件下仍具有较大的腐蚀速率。目前报道的耐液态铅铋合金腐蚀的材料主要是晶体结构材料，晶体材料中的晶界缺陷和成分偏析能引起明显的局部腐蚀。
[0004]非晶态合金材料是原子结构不具有周期性和平移对称性，具有与玻璃相似的原子结构长程无序的材料，非晶合金就没有晶体缺陷，非晶态结构的材料将会比晶态材料具有更好的耐液态铅铋局部腐蚀的能力，非晶合金还具有高硬度、高热稳定性、耐腐蚀、耐辐照和耐磨损等优异性能，铁基非晶合金与核工业用钢的热膨胀系数相近，能够避免热循环过程引起的热应力问题，因此非晶合金有望作为耐蚀涂层解决液态铅铋合金与结构材料之间的腐蚀防护难题，但是目前缺少适用于液态铅铋合金与结构材料之间的腐蚀防护涂层的非晶合金。

技术实现思路

[0005]为解决结构钢材料在液态铅铋合金中沿晶界首先发生腐蚀的问题，本专利技术提出了一种耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金。
[0006]本专利技术提供的材料除了具备非晶合金的优点，同时能在不同氧含量条件下自发形成保护氧化膜，阻止液态铅铋合金对基体材料的腐蚀，能有效提高铁基非晶合金在含氧液态铅铋合金中的耐蚀性能。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术提供一种耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金，为一种Fe
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W
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Cr
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Mo
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C
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B
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Y
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Al非晶合金，按原子百分比计，该非晶合金的化学成分如下：
[0009]Fe：40～45at.％；W：0～6at.％；Cr：18～21at.％；Mo：9～11at.％；C：4～6at.％；
B：5～7at.％；Y：1～3at.％；Al：0～7at.％，其中W、Al不为0。
[0010]在本专利技术的一个实施方式中，所述非晶合金的化学成分优选为如下：
[0011]Fe：40～43at.％；W：3～5at.％；Cr：19～20at.％；Mo：9～10at.％；C：4～5at.％；B：5～6at.％；Y：1～2at.％；Al：0～5at.％，其中W、Al不为0。
[0012]在本专利技术的一个实施方式中，所述非晶合金的化学成分中，按原子百分比计，W+Al＝3～10at.％。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，所述非晶合金的过冷液相区宽度大于58K。即本专利技术提供的非晶合金具有较高的玻璃形成能力。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，所述非晶合金的硬度大于1170HV
0.3
。即本专利技术提供的非晶合金具有较高的硬度。
[0015]本专利技术还提供所述耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金的制备方法，首先按照合金成分配比称取原材料，将原材料在感应熔炼炉中熔炼，并浇铸成铸锭；再通过真空甩带机甩带，即得到Fe
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W
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Cr
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Mo
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C
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B
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Y
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Al非晶条带。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，所述铸造熔炼过程为：将原材料在感应熔炼炉中熔炼，并浇铸成铸锭，该铸锭再重熔至少四次以保证成分均匀。
[0017]在本专利技术的一个实施方式中，所述甩带过程为：在先抽真空后通氩气氛下进行，在转速为3500
‑
4000r/min(例如选择转速为3690r/min)的铜辊下制备非晶条带。
[0018]本专利技术还提供所述耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金的用途，所述非晶合金制备用于液态铅铋合金环境。
[0019]本专利技术的设计机理如下：
[0020]本专利技术利用没有晶界缺陷来解决结构钢材料在液态铅铋合金中沿晶界首先发生腐蚀的问题。基于此设计思想，在Fe
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W
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Cr
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Mo
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C
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B
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Y非晶合金的基础上设计出本专利技术Fe
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W
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Cr
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Mo
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C
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B
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Y
‑
Al非晶合金，具体而言，本专利技术的专利技术构思包括：(1)通过添加Al使得在富氧液态铅铋合金中自发产生致密的Al2O3保护膜，从而阻止铁基非晶合金的进一步腐蚀；(2)通过添加Al元素和难熔W元素提高非晶合金的玻璃形成能力；(3)通过添加B，Y等元素增加原子尺寸差异利于形成非晶合金；(4)合金成分中的添加元素在液态铅铋中都具有较低的溶解度，在超低氧含量的液态铅铋合金中能有效阻止铁基非晶合金的元素溶解腐蚀。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的优点及有益效果在于：
[0022]1、本专利技术在Fe
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W
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Cr
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Mo
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C
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B
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Y非晶合金的基础上添加Al使得非晶合金在LBE腐蚀过程中产生Al2O3的Fe
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W
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Cr
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Mo
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C
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B
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Y
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Al非晶合金，Fe
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W
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Cr
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Mo
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C
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B
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Y
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Al非晶合金的硬度大于1170HV
0.3
。Al元素的添加提高了非晶合金的硬度。
[0023]2、本专利技术设计的耐液态铅铋腐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金，其特征在于，为一种Fe
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W
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Cr
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Mo
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C
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B
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Y
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Al非晶合金，按原子百分比计，该非晶合金的化学成分如下：Fe：40～45at.％；W：0～6at.％；Cr：18～21at.％；Mo：9～11at.％；C：4～6at.％；B：5～7at.％；Y：1～3at.％；Al：0～7at.％，其中W、Al不为0。2.根据权利要求1所述的一种耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金，其特征在于，所述非晶合金的化学成分如下：Fe：40～43at.％；W：3～5at.％；Cr：19～20at.％；Mo：9～10at.％；C：4～5at.％；B：5～6at.％；Y：1～2at.％；Al：0～5at.％，其中W、Al不为0。3.根据权利要求1或2所述的一种耐液态铅铋合金腐蚀含铝元素的铁基非晶合金，其特征在于，所述非晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏先顺，金佳莲，廖宗艺，梁严，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：