[发明专利]一种用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料

说明书

本发明提供了一种用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，是以无机硅改性的无机磷酸盐作为基础树脂粘结剂，片状二硫属化合物和石墨的混合物作为固体润滑剂，稀土氟化物和硼类化合物作为中子吸收剂，三氧化二锑和二氧化钛作为辅助功能填料，去离子水作为稀释剂，经球磨分散获得均匀涂料。将涂料在金属或合金基体上喷涂或刷涂后，经高温固化后形成均匀、致密的耐高温、耐辐射固体润滑复合涂层。性能测试表明，该涂层材料在金属或者合金基体上具有良好的附着力、柔韧性、耐冲击以及耐水浸泡等综合性能，同时具有优异的耐高温和耐辐照性能，可用于核反应堆系统中相关滑动部件在长期高温、强辐射等特殊工况下的表面防粘和润滑防护。

技术领域

本发明涉及一种用于核反应堆系统中滑动部件表面润滑防护涂料，尤其涉及核反应堆系统中高低温交变、强辐射、氦介质等特殊工况下相关滑动部件表面的长期高温润滑防护的无机磷酸盐类涂料。

背景技术

在碳达峰、碳中和的大背景下，加快推进能源结构转型，发展清洁低碳、安全高效的绿色核能，是世界能源发展的必然所趋，也是新时代我国建设美丽家园，实施生态文明建设战略和能源革命的必然选择。核反应堆作为核能的关键核心系统，其中包含了大量的运动零部件，例如控制棒系统中的滚滑动轴承、齿轮、涡轮、链轮以及连接套、套环等。这些运动部件长期处于高低温交变、强辐射、特殊介质以及动态摩擦磨损等复杂环境的耦合作用，零部件表面极易因磨损而导致失效，这严重影响了反应堆的运行稳定性和安全性。因此，相关滑动部件表面必须经过表面润滑防护处理后才能保证反应堆的安全稳定运行。

目前用于核反应堆系统滑动部件的润滑材料主要有离子镀MoS₂、MoS₂-Ti、Au/MoS₂和TiN/MoS₂ 等多层结构薄膜类涂层，以及等离子喷涂Cr₃C₂等涂层，上述这些涂层具有较好的耐高温和抗辐照性能，但是由于其过程工艺复杂、对零件精度要求高、价格成本高等方面的局限性，限制了其在核领域的大量使用。相反，以聚酰亚胺和聚醚醚酮为代表的有机类粘结固体润滑涂层的应用比较广泛，但由于高温、强辐射下的降解作用，有机类粘结固体润滑涂层寿命短，其不适合核辐射环境下长期的润滑防护。无机磷酸类粘结固体润滑涂层具有良好的耐温和耐辐照性能，是应用于核辐射领域理想的润滑涂层材料，但是其本身的脆性、不耐承载等不足亟需解决。因此，本发明旨在解决无机磷酸盐树脂的柔韧性，开发一种综合力学性能优异，适用于核反应堆系统中滑动部件表面的长期润滑与防粘涂层材料。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于核反应系统中滑动部件表面润滑与防粘的无机磷酸盐类涂料及其制备方法，主要用于解决核反应堆系统中相关滑动部件在长期的高低温交变、强辐射等复杂工况下的防粘和润滑防护问题。涂料制备及施工工艺简单、生产成本低。

本发明用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，是以耐高温和耐辐照性能良好的无机硅改性的无机磷酸盐作为基础树脂粘结剂，片状二硫属化合物和石墨的混合物作为固体润滑填料，稀土氟化物和硼类化合物作为中子吸收剂，三氧化二锑和二氧化钛作为辅助功能填料，去离子水作为稀释剂，在球磨罐中经48小时的研磨分散获得均匀涂料。

本发明用于核反应堆系统中滑动部件表面的润滑防护涂料，按重量分数计算，涂料的组成为：无机硅改性的磷酸盐10%~30%，层状二硫属化合物10%~50%，石墨粉10%~50%，稀土氟化物1%~10%，硼类化合物0.5%~2%，三氧化二锑0.5%~3%，二氧化钛0.2%~1.5%，余量为去离子水。

所述层状二硫属化合物为片状二硫化钼或片状二硫化钨，粒径为0.8~1.2 μm，厚度为0.1~0.8 μm，纯度≥98%。

所述石墨粉粒径为0.2~2 μm，厚度为0.1~1.2 μm，纯度≥98%。

所述稀土氟化物为氟化镧或氟化铈，粒径为200~500 nm，纯度≥99%。