[发明专利]合金及表面具有合金涂层的核反应堆构件

说明书

本公开涉及一种合金和表面具有合金涂层的核反应堆构件。该合金由Nb、Mo、V、Cr元素组成，其中，每种元素的摩尔含量为15％‑30％。该构件表面具有上述合金形成的涂层。该合金涂层与反应堆构件结合紧密。表面具有合金涂层的反应堆构件既可以提高整体构件的耐导热介质腐蚀、抗辐照的性能，又可以降低加工难度，降低材料使用成本。

技术领域

本公开涉及一种合金，尤其涉及一种合金及表面具有合金涂层的核反应堆构件。

背景技术

随着全球性能源需求的日益增长和核动力的快速发展，具有更高安全性、更少污染性和更强竞争力的先进核能系统(诸如铅铋堆、钠冷快中子堆等的第四代裂变反应堆、聚变堆或空间特种动力堆等)引起了国内外的重点关注。由于先进核能系统工作温度更高、辐射剂量更大、传热介质的腐蚀性更强以及工作寿命需求更长，这些要求使得先进核能系统反应堆对其核心结构材料的要求更加严格与苛刻。

例如，在加速器驱动次临界系统(ADS)及铅铋冷却反应堆中，结构材料将直接与高温液态铅铋接触，高温流动的液态铅铋会通过溶解腐蚀、溶解氧的耦合氧化、冲刷侵蚀等一系列化学和物理过程对反应堆结构材料造成严重的腐蚀破坏，从而影响反应堆中核心结构部件的使用寿命。因此，先进反应堆核心结构材料必须具备优异的力学性能、抗氧化和抗辐照性能的同时，兼具较好的抗腐蚀性能。

在核心结构材料表面形成保护性涂层是一种可行的解决方案。因此，需要找到一种具有优异力学性能、抗氧化和抗辐照性能和抗诸如铅铋等反应堆中传热介质的腐蚀性能的涂层材料。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的在于提供一种合金和表面具有合金涂层的反应堆构件，以获得具有优异力学性能、抗氧化、抗辐照、抗腐蚀性能的先进反应堆核心结构材料。

为此，本公开第一方面提供一种合金。所述合金由Nb、Mo、V、Cr元素组成，其中，每种元素的摩尔含量为15％-30％。

在优选实施方式中，所述合金中Nb的摩尔含量为20％-28％，Mo的摩尔含量为25％-28％，V的摩尔含量为20％-25％、Cr的摩尔含量为20％-30％。

在一些实施方式中，所述合金通过真空电弧炉熔铸法、粉末冶金法或放电等离子烧结法获得。

本公开另一方面提供一种核反应堆构件，所述构件表面具有上述的合金形成的涂层。

在一些实施方式中，所述合金涂层为柱状纳米晶结构，并且柱状纳米晶中含有纳米栾晶。

在一些实施方式中，所述合金涂层的厚度为1.0-15.0μm，优选地为2-11μm。

在一些实施方式中，所述涂层采用磁控溅射共溅射技术或多弧离子镀技术形成。

在一些实施方式中，在形成所述涂层之前，所述构件表面具有小于Ra 1.6的粗糙度。

在一些实施方式中，所述构件包括核反应堆中与传热介质接触的构件，优选地为堆芯构件和回路构件。

所述核反应堆是第四代裂变反应堆、聚变反应堆、空间特种动力堆或加速器驱动次临界系统，优选地，所述第四代裂变反应堆为铅铋堆和钠冷快中子堆。