一种具有铝合金化涂层的ODS钢及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有铝合金化涂层的ODS钢及其制备方法，将高纯铁、高纯铬、高纯钛、纳米氧化钇粉、高纯铝丝作为原材料，首先通过真空电弧熔炼和水冷铜模吸铸以及热轧得到纯净无缺陷的436不锈钢，然后利用表面搅拌摩擦处理工艺引入纳米氧化钇，再经电弧喷涂以及真空扩散退火后制备得到具有铝合金化涂层的ODS钢。本发明专利技术中的铝合金化ODS钢层采用表面搅拌摩擦处理和电弧喷涂工艺相结合制备，得到细小基体晶粒和均匀分布于基体的纳米级弥散颗粒，能够用于ODS含铝合金涂层的制备。能够用于ODS含铝合金涂层的制备。能够用于ODS含铝合金涂层的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种具有铝合金化涂层的ODS钢及其制备方法


[0001]本专利技术属于极端服役环境下耐蚀金属结构材料
，具体涉及一种具有铝合金化涂层的ODS钢及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于全球气候变暖的加剧，人类亟待寻求降低碳排放的能源模式以遏制温室效应，减少并用可再生能源替代化石能源的使用成为了人们减少碳排放的广泛共识。由于核能在使用过程中不产生碳排放、稳定、高效等诸多优点，受到人们的高度关注。以铅冷快堆为代表的第四代核反应堆参考堆型成为了人类下一代绿色能源的首选。其中，铅冷快堆采用铅/铅铋合金作为冷却剂，具有高安全性、高经济性、高可持续性等特点，极具应用潜力；然而，液态合金对结构材料的腐蚀问题亟待解决。
[0003]不锈钢由于兼具良好的力学性能和优异的耐蚀性且成本低廉，被广泛应用于生产生活的方方面面。铅冷快堆的燃料包壳服役环境恶劣，长时间浸泡在液态铅铋共晶中，经受高剂量的中子辐照，因此包壳材料必须在服役中兼具优异的耐腐蚀性能和抗辐照性能。不锈钢具有优异的耐蚀性能和较低的生产成本，具有大规模应用于铅冷快堆核心部件的潜力。受限于溶解腐蚀和严重的辐照损伤，商用奥氏体不锈钢不能应用于铅冷快堆一次回路；在原有铁素体不锈钢的表面进行铝合金化，能够显著提高其耐腐蚀性，在合金基体中引入高弥散度的纳米级氧化物颗粒，则显著提高了材料的抗辐照性能和高温力学性能，使之成为了最有竞争力的包壳材料之一。目前ODS钢已有多种制备方法，但大多存在生产成本高、难以规模化生产、容易引入杂质元素等问题，阻碍了ODS FeCrAl合金的在核工业的规模化应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有铝合金化涂层的ODS钢及其制备方法，通过表面处理得到具有铝合金化层的晶粒组织细小、基体分布有细小氧化物弥散颗粒的氧化物弥散强化钢，在提高合金力学性能的同时提高其抗辐照性能和耐蚀性能，用于解决ODS钢生产成本高、难以规模化生产、容易引入杂质元素的技术问题，为氧化物弥散强化(ODS)钢这类材料在核反应堆中的开发提供新思路。
[0005]本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种具有铝合金化涂层的ODS钢制备方法，包括以下步骤：
[0007]将纳米氧化钇粉、去离子水和聚乙烯醇混合制成Y2O3浆料，刮涂在钢板的表面，经真空干燥后备用；
[0008]对真空干燥后钢板的涂层面进行表面搅拌摩擦处理，得到ODS钢层；
[0009]对ODS钢层依次进行喷砂和清洗，以4N高纯铝为原料进行表面喷涂，再经真空扩散退火得到有氧化物弥散颗粒的铝合金化ODS钢层。
[0010]具体的，钢板采用真空电弧熔炼和水冷铜模真空吸铸制备而成，钢板在刮涂前，先
对钢板表面进行打磨和清洗。
[0011]具体的，Y2O3浆料中，纳米氧化钇粉的质量分数为9％～11％、聚乙烯醇的质量分数为19％～21％，去离子水的质量分数为69％～71％。
[0012]具体的，Y2O3浆料的制备过程如下：
[0013]向去离子水中加入聚乙烯醇，以900～1100rmp转速进行电磁搅拌14～1min，再加入纳米氧化钇粉，再以1400～1600rmp转速进行电磁搅拌25～30min，得到Y2O3浆料。
[0014]具体的，刮涂的厚度为50～100μm，真空干燥的温度为75～80℃，时间为50～60min。
[0015]具体的，在真空干燥后的钢板涂层面上涂覆润滑脂，将刀具下压150～200μm，刀具转速为300～600rmp，进给速率为50～100mm/min，进行表面搅拌摩擦处理。
[0016]进一步的，刀具采用半径6～8mm的GCr15合金半球形刀具。
[0017]具体的，喷砂压力为0.4～0.6MPa，喷砂处理后ODS钢层的表面粗糙度Ra为1.8～2.4μm，喷涂的电弧电压30～45V，电弧电流300～400A，喷涂距离为100～350mm，面厚度为0.5～1.0mm。
[0018]具体的，真空扩散退火的温度为450～600℃，时间为4～16h。
[0019]本专利技术的另一技术方案是，一种具有铝合金化涂层的ODS钢，按重量百分数计，Al：4％～6％，Y2O3：0.50％～1.50％，Cr：12.00％～14.00％，Ti：0.50％～1.00％，Mn：0.70～1.00％，其余为Fe和不可避免的微量杂质。
[0020]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0021]一种具有铝合金化涂层的ODS钢制备方法，通过搅拌摩擦处理，在保证氧化物弥散颗粒在合金层中均匀分布的同时，显著细化了合金层的基体晶粒；采用电弧喷涂与真空扩散退火工艺对ODS钢层进行铝合金化处理，显著提高了ODS钢层的耐蚀性。本专利技术的核心点在于弥散颗粒的均匀化分布调控、ODS钢层基体晶粒的细化、ODS钢层的铝合金化，以用于铝合金化ODS钢层的制备。
[0022]进一步的，采用真空电弧熔炼制备不锈钢钢板基材，有效避免了杂质元素的引入，避免了原料的烧损，显著提高了原料利用率和钢板的纯净度，将原料进行清洗和干燥，既能避免杂质元素的引入，最大程度避免试样出现缺陷和夹杂，又能有效降低原料在熔炼过程中的烧损，提高原材料的利用率。
[0023]进一步的，采用表面搅拌摩擦处理引入纳米级Y2O3颗粒，有效避免了Y2O3的粗化和团聚，有利于Y2O3颗粒在基体内的均匀分布和基体组织的细化。
[0024]进一步的，制备Y2O3分散均匀的浆料并刮涂干燥固化在不锈钢板表面获得Y2O3均匀分布的涂覆层，有助于Y2O3的均匀引入。
[0025]进一步的，表面搅拌摩擦处理时下压刀具，合金层发生剧烈塑性变形的同时与Y2O3的涂覆层进行研磨混合，促使Y2O3的均匀分布在变形层内，涂覆层在干燥涂层上涂覆润滑脂，减少摩擦，有利于延长刀具使用寿命。
[0026]进一步的，采用球形高合金钢刀具对钢板表面进行搅拌摩擦处理，在保证氧化物弥散颗粒在合金层中均匀分布的同时，显著细化了合金层的基体晶粒。
[0027]进一步的，电弧喷涂前在合金表面进行喷砂处理可去除表面的氧化膜和油污，减少杂质和缺陷的引入，采用高纯铝在喷砂表面进行电弧喷涂有利于减少杂质的引入并为合
金表面铝合金化提供扩散源。
[0028]进一步的，经过电弧喷涂和真空扩散退火后ODS钢层基体铝的质量分数含量为4％～6％，晶粒的平均粒径为20μm。
[0029]综上所述，本专利技术中的采用表面搅拌摩擦处理和电弧喷涂相结合的工艺制备合金层，使得合金层具有细小的晶粒、细小均匀的氧化物弥散颗粒分布，使得材料很好地用于的ODS含铝合金的制备。
[0030]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0031]图1为本专利技术工艺流程图。
具体实施方式
[0032]下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有铝合金化涂层的ODS钢制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将纳米氧化钇粉、去离子水和聚乙烯醇混合制成Y2O3浆料，刮涂在钢板的表面，经真空干燥后备用；对真空干燥后钢板的涂层面进行表面搅拌摩擦处理，得到ODS钢层；对ODS钢层依次进行喷砂和清洗，以4N高纯铝为原料进行表面喷涂，再经真空扩散退火得到有氧化物弥散颗粒的铝合金化ODS钢层。2.根据权利要求1所述的具有铝合金化涂层的ODS钢制备方法，其特征在于，钢板采用真空电弧熔炼和水冷铜模真空吸铸制备而成，钢板在刮涂前，先对钢板表面进行打磨和清洗。3.根据权利要求1所述的具有铝合金化涂层的ODS钢制备方法，其特征在于，Y2O3浆料中，纳米氧化钇粉的质量分数为9％～11％、聚乙烯醇的质量分数为19％～21％，去离子水的质量分数为69％～71％。4.根据权利要求1所述的具有铝合金化涂层的ODS钢制备方法，其特征在于，Y2O3浆料的制备过程如下：向去离子水中加入聚乙烯醇，以900～1100rmp转速进行电磁搅拌14～1min，再加入纳米氧化钇粉，再以1400～1600rmp转速进行电磁搅拌25～30min，得到Y2O3浆料。5.根据权利要求1所述的具有铝合金化涂层的ODS钢制备方法，其特征在于，刮涂的厚度为50～100μm，真空干燥的温度为75～8...

【专利技术属性】
技术研发人员：马胜强，罗洋，王小婷，吕亮亮，吕萍，邢建东，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：