[发明专利]一种复合保护膜及其制备方法和耐液态铅铋腐蚀性金属钨

说明书

本发明公开了一种复合保护膜及其制备方法和耐液态铅铋腐蚀性金属钨，将钨棒材切割成实验样品；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的坩埚中并固定样品，实验样品中的W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WO₃表面膜；WO₃表面膜进一步与溶解在液态铅铋中的氧及液态铅反应再生成一层PbWO₄保护膜；最终，PbWO₄继续与溶解在液态铅铋中的氧及液态铅反应生成Pb₂WO₅。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钨。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，具体涉及一种复合保护膜及其制备方法和耐液态铅铋腐蚀性金属钨。

背景技术

钨(tungsten)，元素符号W，呈银白色，在元素周期表中属ⅥB族。钨有许多物理性质在所有金属中是独树一帜的，比如钨的熔点高达3410℃，是熔点最高的金属，它的蒸气压和蒸发速度是所有金属中最低的，线膨胀系数随温度升高的变化在难熔金属中最小。钨的所有这些突出性能为钨在各种工程中开辟了广泛且重要的应用领域，钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业，也在航天、铸造、武器等部门中用于制作火箭喷管、压铸模具、穿甲弹芯、触点、发热体和隔热屏等。此外，由于钨具有熔点高、溅射产率低、热应力系数高、密度高、质量数大等诸多优点，它还是聚变堆结构和偏滤器应用以及散裂中子源固体靶应用的候选材料，这些应用场合很多需要在液态金属冷却剂环境中使用，以最大限度地减少高热流和高能质子束辐照造成的材料及设备损伤。

但是液态金属冷却剂会对上述材料及设备造成严重的腐蚀问题，形成所谓的液态金属腐蚀损伤。液态铅-铋(Pb-Bi)共晶合金因具有化学、物理、热工水力和中子学性能优异等方面的诸多优势，成为一种重要的应用于核工业中的先进液态金属冷却剂，而钨在液态铅铋中的腐蚀防护及控制措施的研究鲜有报道，急需补充解决。

目前的防护方式主要有两种，一是从金属本身入手，研制具有高耐液态金属腐蚀性能的先进合金，二是在其上施加具有耐液态金属腐蚀的涂层。目前许多研究表明，钨的可合金化程度较小，因为当提高耐蚀性的合金元素加入量增多时，合金的可加工性将变得很差或完全不具室温塑性，因此研究抗液态金属腐蚀的钨合金，可控制的措施及手段极其有限。采用施加涂层的方法往往会造成涂层与基体结合力不佳、涂层自身调控难度高及成本大等问题，因此，借助于环境的诱导功能，通过让材料和腐蚀介质间的原位反应而生成具有防止进一步腐蚀的自保护膜是比较理想的解决上述材料腐蚀问题的有效方法。

难熔金属钨在液态铅铋中的腐蚀机理与防护的研究鲜有报道。

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，提供一种复合保护膜及其制备方法和耐液态铅铋腐蚀性金属钨，为解决难熔金属钨在液态金属下腐蚀严重的问题，提供了有效防护途径，为难熔金属钨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：

一种复合保护膜制备方法，将金属钨放入液态铅铋合金中，金属钨与液态铅铋合金中溶解的氧发生界面反应和扩散反应，在金属钨的表面形成WO₃/PbWO₄/Pb₂WO₅三层复合保护膜。

具体的，液态铅铋合金的熔化温度为200～220℃，保温时间为60～90min。

具体的，金属钨与液态铅铋合金中溶解的氧发生界面反应和扩散反应形成WO₃/PbWO₄/Pb₂WO₅三层复合保护膜具体为：