[发明专利]一种SA106B管材内壁锌铝耐蚀涂层制备及测试方法

说明书

一种SA106B低碳钢管材内壁耐蚀涂层制备及测试方法，属于核电关键结构材料领域。利用超音速固相沉积技术在经过超音速微粒轰击预处理后的SA106B低碳钢管材内壁制备锌铝耐蚀涂层，所述表面预处理中的轰击微粒为氧化铝，载气为空气，压力为1.2MPa，速度为1200m/s，微粒直径为50μm，处理时长为2～5s/cm²；制备锌铝涂层的工艺是以空气为载气，压力为1.5～3.0MPa，气流速度为1000～1500m/s，沉积距离20‑50mm，沉积温度为180～300℃，沉积速度2cm²/s。本发明涂层均匀致密，与基体结合牢固。本发明工艺简单，效率高，适用范围广，可在核电和其它领域的管状材料内壁制备锌铝涂层，达到有效改善其耐蚀性能的目的。

技术领域

本发明涉及SA106B低碳钢管材内壁锌铝耐蚀涂层制备及测试方法，适用于核电关键结构材料领域。

背景技术

核电关键部件服役工况恶劣，如在辐照、高温、高压、应力、介质下长期服役，严重影响使用寿命。AP1000第三代压水堆核电站二回路管道系统主要采用SA106B无缝钢管，化学成分(质量％)为：C≤0.25，Si≤0.10，Mn＝0.20～0.93，P≤0.035，S≤0.035，Cr≤0.4，Ni≤0.025，Cu≤0.4，余量Fe。该低碳钢具有优良的高温拉伸性能和低温冲击韧性，但因Cr、Ni元素含量低，耐腐蚀性能较差，在核电站长期运行过程中容易发生腐蚀。提高SA106B低碳钢的耐腐蚀性能，延长材料的服役寿命意义重大。

影响管材腐蚀失效的因素众多。由于腐蚀大多始于材料的表面，在钢铁表面涂敷锌铝涂层是较为常见且有效的防腐方法。但先进压水堆二回路管道服役环境为高温度和压力且较快的水介质流速，通常的热浸、热喷涂工艺制备的锌铝涂层存在易脱落的现象，难以满足二回路管道防腐的要求。

发明内容

本发明在于提供一种SA106B低碳钢管材内壁耐蚀锌铝涂层制备及测试的方法，适用于核电关键结构材料领域。

超音速微粒轰击预处理是利用超音速气流作为载体，携带硬质固体微粒以极高的动能轰击金属表面，使金属表面发生强烈塑性变形。与传统的喷砂相比，采用的颗粒尺寸更小、硬度更高。一方面，可以使材料表面的晶粒细化至纳米量级，增加晶界密度，晶界作为扩散快速传质的通道，有利于提高涂层中的元素向基体扩散的能力；另一方面，通过增大材料表面的粗糙度，可提高涂层与基体的结合力。超音速固相沉积技术利用压缩气体携带固相微粒，通过Laval喷嘴加速粒子，高速撞击基体表面后产生强烈的塑性变形，粒子在基体表面沉积形成涂层。超音速固相沉积技术具有操作方便、效率高、环保、适用范围广等优点。

利用超音速固相沉积技术在SA106B低碳钢管道内壁制备锌铝涂层，在腐蚀介质和基体表面之间形成一道优良的屏障。锌为阳极，铁为阴极，形成锌—铁原电池，达到牺牲阳极保护阴极的作用。锌和铝在空气中会钝化，形成金属氧化物附着在涂层表面，可以显著降低锌、铝的腐蚀速率。同时，锌铝涂层还具有自修复的作用。涂层被划伤后，腐蚀产物与二氧化碳反应生成不溶的碳酸锌，可达到保护SA106B低碳钢基体的目的。

一种SA106B低碳钢管材内壁耐蚀锌铝涂层的制备方法，具体步骤如下：

1)准备粉末：利用气雾化法制备锌、铝粉末，按45％～75％Zn，55％～25％Al(质量％)机械混合，粉末形貌为球状，纯度为99.5％；

2)准备管状样品：选取SA106B无缝钢管Φ600mm×25mm样品，在机床上磨光管状样品内壁，粗糙度为Ra0.1；

3)清洗管状样品：将样品放入酒精溶液中，利用超声波进行清洗，吹干备用；

4)表面预处理：利用超音速微粒轰击技术对管材内壁进行预处理；

5)制备锌铝涂层：采用步骤1)所述锌铝粉末利用超音速固相沉积技术在预处理后的样品上制备锌铝涂层。