【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及耐腐蚀合金材料，具体涉及耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金、包壳材料及其制备方法。
技术介绍
1、第四代核能反应堆系统设计蓝图中指出在反应堆的整体运行温度较高的情况下，提高反应堆出口温度是提高铀热效率和利用率的关键因素。而铅铋合金因其具有低熔点(125℃)、高沸点(1670℃)、传热学良好、在空气中固有惰性等优点被选择为第四代核能反应堆的冷却剂材料。然而，在高运行温度下，铅铋合金会对钢结构材料产生严重的液态金属腐蚀作用，其原因主要是由于钢材料中的fe、ni、mn等具有高(铅铋)溶解度的金属元素会逐渐溶解到铅铋合金中，从而使得结构材料发生严重的溶解腐蚀和液态金属脆化，这会极大的降低结构材料的完整性和力学性能，从而危及反应堆的安全运行。
2、目前，降低铅铋腐蚀的主要策略是结构材料成分改性、氧浓度控制以及表面涂层材料技术。其中，表面涂层材料技术可以在不牺牲钢结构材料其它性能的基础上，实现结构材料表面性能的提升；此外，涂层材料体系能够相对独立地设计与制备，不会对现有燃料元件包壳或堆芯结构材料的加工制造与结构性能产生明显影响。鉴于此，表面涂层材料技术是目前国际上认为最有潜力解决铅铋合金对钢结构材料的腐蚀难题的方法之一，同时也是在短中期内最容易实现商业化应用的方法，极具竞争力。
3、近年来，一种全新设计理念的涂层材料体系，高熵合金涂层，由于其热力学上的高熵效应、结构上的晶格畸变效应、动力学上的迟滞扩散效应，以及性能上的鸡尾酒效应，显示出优异的高温稳定，耐腐蚀以及抗辐照等综合性能，引起了国内外研究人员的极大关注。
4、在已有的文献报道中，难熔金属nb、mo、ta、w等在高温铅铋中的溶解速率极低，可以有效地抵抗液态铅铋的溶解腐蚀。同时，大量的研究已经表明由于al元素的高(铅铋)溶解度和大原子尺寸，含al的高熵合金涂层材料在铅铋暴露中难以形成具有保护性的连续al2o3层，抗氧化性以及抗元素溶解的效果仍然较差。
5、鉴于此，有必要提供耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金、包壳材料及其制备方法。具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、为克服以上缺陷，本专利技术耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金、包壳材料及其制备方法，cr以及少量si元素掺杂可以促进保护性的连续cr2o3层形成，阻止液态铅铋合金与涂层材料直接接触，从而显著提升涂层的耐液态铅铋合金腐蚀性能。
2、耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，由如下化学元素组成：
3、nb 18～27at.％；
4、mo 18～27at.％；
5、ta 18～27at.％；
6、w 18～27at.％；
7、cr 10～25at.％；
8、si 0～9at.％；
9、其中，si的含量不为0。
10、在本专利技术的一个具体实施方式中，耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金还包括不可避免的杂质。不可避免的杂质不包括铅元素和铋元素。
11、在本专利技术的一个具体实施方式中，耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金由如下化学元素组成：
12、nb 20～24at.％；
13、mo 20～24at.％；
14、ta 20～24at.％；
15、w 20～24at.％；
16、cr 15～22at.％；
17、si 2～8.5at.％；
18、其中，si的含量不为0。
19、在本专利技术的一个具体实施方式中，耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金还包括不可避免的杂质。
20、在本专利技术的一个具体实施方式中，所述耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金为单一的体心立方结构，无沉积相析出。
21、在本专利技术的一个具体实施方式中，所述耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金的纳米硬度≥20gpa。
22、在本专利技术的一个具体实施方式中，所述耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金在650℃退火处理1000h后为单一的体心立方结构。
23、包壳材料，包括基体和基体表面上的涂层，所述基体采用钢制成，所述涂层为上述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金。
24、在本专利技术的一个具体实施方式中，所述基体的形状包括管材、板材或棒材。
25、在本专利技术的一个具体实施方式中，所述钢为12cr铁马钢。
26、在本专利技术的一个具体实施方式中，以nbmotaw合金靶、cr靶和si靶为靶材，基于多靶磁控混合溅射法在基体的表面制备耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金涂层。
27、在本专利技术的一个具体实施方式中，所述nbmotaw合金靶的功率为250～350w；所述cr靶的功率为80～130w；所述si靶的功率为20～50w；所述多靶磁控混合溅射法的条件为：温度300～450℃、基体的偏压为-120v～-40v、充入保护气后真空位置在0.3～1pa、溅射结束后保温2～5h并且在保温完成后≤100℃/h降温。
28、如上述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金在制备耐液态铅铋合金腐蚀材料中的应用。
29、本专利技术的有益效果是：
30、1、本专利技术中nb、mo、ta、w提供了抑制高温或者贫氧条件下涂层溶解性腐蚀的发生，通过加入适量的cr和si元素，使得涂层可以在富氧的液态铅铋合金中原位形成致密均匀且连续的cr2o3层，这种保护性的连续cr2o3层可以有效地降低合金元素的扩散速率，具有同时抑制材料发生氧化腐蚀和溶解腐蚀的作用；此外，通过添加适量的具有小原子尺寸的si元素还可以增加涂层的晶格畸变程度并细化涂层的晶粒尺寸，固溶强化和晶粒细化可以进一步提高涂层的力学性能，与此同时，晶粒尺寸的细化可以加速保护性的连续cr2o3层的生长，从而进一步地提高涂层的耐铅铋腐蚀性能；
31、2、本专利技术耐液态铅铋合金腐蚀难熔高熵合金作为涂层是为了解决铅冷快堆中结构材料腐蚀问题而提出的新的合金涂层设计方案，可同时满足对高强度、耐贫氧和耐富氧条件下的液态铅铋腐蚀的性能要求；
32、3、本专利技术的nb、mo、ta、w、cr等金属元素具有相似的物理、化学性质，且都是具有体心立方结构，均为高熔点金属元素，因此可以赋予涂层更好的高温强度、优异的高温力学性能和组织结构稳定性；
33、4、本专利技术耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金制作的涂层在650℃的条件下退火1000h后仍能保持原来的单一体心立方结构，具有良好的高温结构稳定性,这对于涂层在高温铅铋中的长期稳定服役是有利的；
34、5、本专利技术通过适量的si掺杂可以增强涂层的固溶强化和细晶强化，耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金涂层的纳米硬度≥20gpa，具有较高的硬度，这对于涂层在服役过程中抵抗结构材料之间的微动磨损和液态铅铋的流动冲刷是有利的；
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，由如下化学元素组成：
2.根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，由如下化学元素组成：
3.根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，所述耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金为单一的体心立方结构，无沉积相析出。
4.根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，所述耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金的纳米硬度≥20Gpa。
5.根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，所述耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金在650℃退火处理1000h后为单一的体心立方结构。
6.包壳材料，包括基体和基体表面上的涂层，其特征在于，所述基体采用钢制成，所述涂层为权利要求1-5任一项所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金。
7.根据权利要求6所述的包壳材料，其特征在于，所述钢为12Cr铁马钢。
8.根据权利要求6所述的包壳材料的制备方法，其特征在于，以NbMoTaW合金靶、Cr靶和Si靶为靶材，基于多靶磁控混合溅射法在基体的表面制备耐液态
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述NbMoTaW合金靶的功率为250～350W；所述Cr靶的功率为80～130W；所述Si靶的功率为20～50W；
10.权利要求1-5任一项所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金在制备耐液态铅铋合金腐蚀材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，由如下化学元素组成：
2.根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，由如下化学元素组成：
3.根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，所述耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金为单一的体心立方结构，无沉积相析出。
4.根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，所述耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金的纳米硬度≥20gpa。
5.根据权利要求1所述的耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金，其特征在于，所述耐液态铅铋腐蚀难熔高熵合金在650℃退火处理1000h后为单一的体心立方结构。
6.包壳材料，包括基体和基体表面上的涂层，...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。