[发明专利]一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层，涂层为三层梯度复合结构；其中，最内层由Li₂O‑ZnO‑SiO₂玻璃陶瓷构成；最外层由CaO‑MgO‑Al₂O₃‑SiO₂玻璃陶瓷构成；中间层由Li₂O‑ZnO‑SiO₂玻璃陶瓷和CaO‑MgO‑Al₂O₃‑SiO₂玻璃陶瓷复合构成，并且，其中的Li₂O‑ZnO‑SiO₂玻璃陶瓷质量比为40～60％。本发明还提供了一种上述涂层的制备方法。本发明通过玻璃陶瓷涂层的梯度设计，可以缓解涂层与金属基体之间的热应力，并兼顾涂层的耐摩擦抗腐蚀性能，从而提高涂层的抗高流速铅合金冲刷腐蚀的能力。

技术领域

本发明涉及防护涂层技术领域，尤其涉及一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

面对核电安全及能源日益短缺的问题，发展清洁、高效及安全的先进核能系统对于调整我国能源结构，促进经济增长，实现能源的可持续发展，具有重要的战略意义。目前，国际上核技术发达国家提出了一系列新概念反应堆设计和核燃料循环方案，其中以液态铅合金(包括铅和铅铋合金)作为冷却剂的铅冷快堆作为第四代核能系统主要堆型之一。因其具有良好的核废料嬗变和核燃料增殖能力，以及较高的安全性和经济性，且易小型化，越来越受到国际核能领域的重视，未来将有广阔的发展空间。

虽然铅基反应堆具有许多优异的特性，但它面临一个特有的问题，即液态铅合金会腐蚀与之接触的结构材料，因此，结构材料的抗铅合金腐蚀性能决定着铅基反应堆的结构设计和长期的稳定与安全运行。和堆内其他构件相比，核主泵服役条件更为苛刻，泵叶轮表面除易受到铅合金的化学腐蚀之外，泵叶轮处高流速铅合金带来的机械冲刷力还将造成泵叶轮表面的摩擦和磨损。根据相关文献报道，在铅基反应堆参考堆型的设计条件下，以316L奥氏体不锈钢为代表的泵叶轮材料将因为高温、高流速铅合金的冲刷腐蚀而失去作用。

因此，研发一种新型的、与泵叶轮材料基体具有良好匹配性、具备抗高流速铅合金冲刷腐蚀的防护涂层，对于铅基反应堆的研发具有重要科学意义和工程应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种与泵叶轮金属材料基体匹配性好，并具有优异的抗高流速铅合金冲刷腐蚀性能的玻璃陶瓷涂层及其制备方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种铅基反应堆泵叶轮用玻璃陶瓷涂层，所述涂层为三层梯度复合结构；其中，所述涂层的最内层由热膨胀系数和金属基体匹配的Li₂O-ZnO-SiO₂玻璃陶瓷构成；最外层由抗铅合金冲刷腐蚀性能优异的CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃陶瓷构成；中间层由所述Li₂O-ZnO-SiO₂玻璃陶瓷和CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃陶瓷复合构成，并且，其中的Li₂O-ZnO-SiO₂玻璃陶瓷质量比为40～60％。

作为本发明的优选方式之一，按照质量百分比，所述Li₂O-ZnO-SiO₂玻璃陶瓷的原料组成为：Li₂O 10～20％、ZnO 10～30％、SiO₂ 50～70％；所述CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃陶瓷的原料组成为：CaO 5～15％、MgO 10～20％、Al₂O₃5～15％、SiO₂ 40～60％。

作为本发明的优选方式之一，所述涂层的制备方法如下：