[发明专利]一种基于高温下金属铌耐蚀性用保护膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于高温下金属铌耐蚀性用保护膜及其制备方法，对铌棒材依次进行真空熔炼、轧制和退火处理，然后切割成实验样品；将铅铋合金熔化得到液态铅铋；将处理后的实验样品放入盛有液态铅铋中并固定样品，实验样品中的Nb与液态铅铋中溶解的氧发生界面反应和扩散反应，首先生成一层NbO表面膜；NbO表面膜进一步与溶解在液态铅铋中的氧气反应再生成一层NbO₂保护膜；取出实验样品并放置在不锈钢片上使实验样品冷却后得到具有保护膜的金属铌。本发明为扩大难熔金属在和工业的应用奠定了基础。

技术领域

本发明属于腐蚀科学与防护技术领域，具体涉及一种基于高温下金属铌耐蚀性用保护膜及其制备方法。

背景技术

随着航空、航天、能源、石化等工业的迅速发展，对于金属材料的服役性能要求也越来越高，需要其在更高的温度和更苛刻的环境下工作。如在蒸汽机开始发展的年代，蒸汽温度只有300℃，而今天其工作温度已达630～650℃，现代飞机发动机的工作温度更是超过1000℃。材料在高温下的耐蚀性已经成为影响上述工业发展的关键因素之一，采用更加完善的防护方法已迫在眉睫。

铌(Nb)是属于VB族的一种难熔金属，呈银白色，具有高熔点(2468℃)，低塑-脆转变温度(-160℃)，密度为8.66g/cm³。与其它高温结构材料—钨、钼、镍、钢等相比，难熔金属铌具有熔点高、密度小、热中子俘获截面小、导热性能好、高温强度高(能保持到1649.9℃)、塑韧性和焊接性能好等突出优点，可加工成薄板和各种形状复杂的零件，是航空航天发动机与核工业中优选的热防护材料和高温结构材料。

铌在常温下化学性质稳定，但随着温度的升高，在空气中氧化现象十分严重，会形成非保护性Nb₂O₅的粉状氧化膜，不断剥落，发生破裂氧化，铌在高温下腐蚀严重的问题极大的限制了难熔金属铌在各个行业的应用，是难熔金属铌工程化应用必须突破的技术瓶颈。目前解决该问题的主要方法有：

(1)合金化，合金化虽然可以改善铌高温下腐蚀严重的问题，但当添加的合金元素超过临界量时会对合金的力学性能产生负面作用；当添加合金元素量不足时会对铌基体的防护作用较差。

(2)涂层，涂层往往与基体的结合力不佳。因此如何让材料原位反应生成具有耐蚀性的保护膜，是一种解决难熔金属铌高温下腐蚀严重的重要方法。

难熔金属铌在液态铅铋中具有潜在的抗腐蚀性能，但其腐蚀机理和表面保护性氧化膜的形成与结构几乎处于空白，制约了该难熔金属在液态铅铋领域及核工业上的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于高温下金属铌耐蚀性用保护膜及其制备方法，为解决难熔金属铌在高温下腐蚀严重的问题，提供了有效防护途径，为难熔金属铌在核工业中结构材料的工程化应用奠定理论基础。

本发明采用以下技术方案：

一种基于高温下金属铌耐蚀性用保护膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、对铌棒材依次进行真空熔炼、轧制和退火处理，然后切割成实验样品；

S2、将铅铋合金熔化得到液态铅铋；

S3、将步骤S1处理后的实验样品放入盛有步骤S2的液态铅铋中并固定，实验样品中的Nb与液态铅铋中溶解的氧发生界面反应和扩散反应，首先生成一层NbO表面膜；NbO表面膜进一步与溶解在液态铅铋中的氧气反应再生成一层NbO₂保护膜；

S4、取出实验样品，冷却后得到具有保护膜的金属铌。

具体的，步骤S2中，熔化温度为125～200℃，保温时间为30～60min，使铅铋合金彻底熔化。

具体的，步骤S3中，将实验样品放入液态铅铋中，控制温度为400～600℃，氧浓度为饱和状态，时间为20～60h。