[发明专利]一种耐高温抗辐照硅钢片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种耐高温抗辐照硅钢片及其制备方法和应用，属于核工业用材料技术领域。本发明提供的耐高温抗辐照硅钢片包括硅钢片基体和绝缘涂层，所述硅钢片基体的至少一面附着有绝缘涂层，所述绝缘涂层从内到外依次包括铬层和氧化锆层。本发明在氧化锆层和硅钢片基体之间添加过渡材料铬层，铬层是作为金属粘结层，提高了涂层和硅钢片基体的粘结力，通过划痕实验表明，高温处理后绝缘涂层和基体的结合力不下降；此外，本发明所提供的耐高温抗辐照硅钢片经过长时间高温保温后，涂层的绝缘性能仍然不下降，且经过中子辐照老化实验后，未出现硬化和脆化现象，说明其具备抗中子辐照的性能。

技术领域

本发明涉及材料核工业用材料技术领域，尤其涉及一种耐高温抗辐照硅钢片及其制备方法和应用。

背景技术

空间反应堆用的电磁泵需要在450～550℃的环境中长期服役，同时还需要承受太空环境中的中子辐照，这就要求其定子片具有优异的耐高温和抗辐照性能。传统的电磁泵的定子片通常为硅钢片，硅钢片表面通常有厚度10～15μm的有机涂层，使用温度约为300℃，不能满足上述服役条件。这是由于这种带有有机涂层的硅钢片受到高温和中子辐照作用时，有机涂层会产生收缩、分解，从而造成铁芯松动，导致电阻值降低，影响整机运行。由于目前作为定子片的硅钢片耐高温和抗辐照性差，现有的电磁泵不能用作空间反应堆用电磁泵。为了保障在耐高温和抗辐照方面都能满足空间反应堆中应用的要求，亟需开发一种同时具有耐高温性和抗中子辐照性能的高温绝缘性能的涂层。

无机涂层具有优异的耐热性、绝缘性和焊接性，但是其与金属基材的结合强度通常较差，这严重限制了无机涂层在硅钢表面的应用。例如，直接采用物理气相沉积技术在硅钢表面沉积氧化物涂层(氧化铝、氧化锆等)，虽然涂层在常温、高温等条件下都具有绝缘特性，但是涂层与基体的结合强度较差，特别是在涂层的制备过程会引入残余应力，造成涂层制备好后不能进行弯曲，高温处理后涂层直接从硅钢片上剥离等情况的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温抗辐照硅钢片及其制备方法和应用，本发明所提供的耐高温抗辐照硅钢片具有优异的耐高温性和抗中子辐照性能，且涂层与硅钢片基体结合强度较大，不易发生剥离，可用于制备空间反应堆用电磁泵的定子片等部件。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种耐高温抗辐照硅钢片，包括硅钢片基体和绝缘涂层，所述硅钢片基体的至少一面附着有绝缘涂层，所述绝缘涂层从内到外依次包括铬层和氧化锆层。

优选地，所述铬层的厚度为0.5～2μm，所述氧化锆层的厚度为8～30μm。

优选地，所述铬层通过多弧离子镀方法制备得到，所述氧化锆层通过电子束蒸发沉积方法制备得到。

本发明还提供了上述技术方案所述的耐高温抗辐照硅钢片的制备方法，包括如下步骤：

将硅钢片基体的至少一面进行粗糙化处理，得到粗糙待处理面；

以铬靶为靶材，在粗糙待处理面进行多弧离子镀，在所述粗糙待处理面上得到铬层；

以氧化锆靶为靶材，在铬层的表面进行电子束蒸发沉积，得到耐高温抗辐照硅钢片。

优选地，所述粗糙化处理为喷砂处理；所述粗糙待处理面的粗糙度为6.4～12.8μm。

优选地，所述多弧离子镀的条件包括：弧电流为70～130A，基体偏压为-100～-20V，时间为20～60min。

优选地，所述铬靶的纯度≥99.5％。

优选地，所述电子束蒸发沉积的条件包括：工作电压为5～15kV，电子束流为1～3A，沉积时间为30～90min。