[发明专利]一种核用结构材料表面高熵合金涂层的制备方法及核用耐辐照结构材料

说明书

本发明提供了一种核用结构材料表面高熵合金涂层的制备方法及核用耐辐照结构材料。所述制备方法包括：将高熵合金原料通过电弧熔炼法得到高熵合金块体；将所述高熵合金块体进行破碎、球磨后置于等离子球化装置中进行等离子球化，得到高熵合金球形粉末；将所述高熵合金球形粉末通过等离子喷涂的方式喷涂至核用结构材料表面，在所述核用结构材料表面形成高熵合金涂层。本发明通过电弧熔炼、高能球磨和等离子球化制备高熵合金球形粉末，再通过等离子喷涂方法在核用结构材料表面形成了致密的高熵合金涂层，提高了核用结构材料的耐辐照性能。

技术领域

本发明涉及金属表面防护技术领域，具体而言，涉及一种核用结构材料表面高熵合金涂层的制备方法及核用耐辐照结构材料。

背景技术

过去的几十年中，清洁能源核能已成为世界第三大能源。由于核电站的严苛工况条件，其使用的结构材料一般要求具有良好的耐高温、耐辐照、耐腐蚀等综合性能。高熵合金因其独特的结构和优异的性能而受到广泛关注，与传统合金相比，高熵合金一般被定义为由至少五个原子、含量在5-35％之间的主元素构成，这些元素形成简单的晶体结构固溶体，而不是复杂的金属间化合物。在高熵效应影响下，高熵合金表现出区别于传统合金的优异的性能，如高温热稳定性、耐腐蚀性和耐辐照性等。然而，由于高熵合金具有较低的可加工性，且制备成本高昂，难以用于核反应堆用结构材料中。高熵合金涂层能够表现出类似于高熵合金的优势，但现有方法制得的高熵合金涂层，涂层致密性及耐辐照性能等均有待进一步提高。

发明内容

本发明解决的问题是现有方法制得的高熵合金涂层致密性较差、耐辐照性能较低。

为解决上述问题，本发明提供一种核用结构材料表面高熵合金涂层的制备方法，包括：

将高熵合金原料通过电弧熔炼法得到高熵合金块体；

将所述高熵合金块体进行破碎、球磨后置于等离子球化装置中进行等离子球化，得到高熵合金球形粉末；

将所述高熵合金球形粉末通过等离子喷涂的方式喷涂至核用结构材料表面，在所述核用结构材料表面形成高熵合金涂层。

较佳地，所述高熵合金原料包括Zr、W、Ta、Hf、V、Ti、Cr和Ce中的至少三种，其中，各元素的摩尔比为Zr：W：Ta：Hf：V：Ti：Cr：Ce为0-25:0-25:0-25：0-25：0-25：0-25：0-25：0-5。

较佳地，所述等离子球化装置的输出功率为40kW,送粉速度为50-180g/min，中央气和载气为氩气，鞘流气为氩氢混合气，其中，所述中央气的流量为15-30L/min，所述载气的流量为2-4L/min，所述鞘流气的流量为50-70L/min。

较佳地，所述高熵合金球形粉末的粒径为15-70μm。

较佳地，所述将所述高熵合金块体进行破碎、球磨包括：

将所述高熵合金块体破碎成尺寸小于2mm的颗粒，得到高熵合金颗粒，将所述高熵合金颗粒置于不锈钢球磨罐中进行高能球磨，球磨时控制球料比为12-15:1，球磨时间为20-36h，球磨时转速为250-350rpm。

较佳地，所述等离子喷涂的工艺参数包括：所用电流强度为55-650A，氩气流量为30-40L/min，氢气流量为8-13L/min，送粉速度为50-60g/min，喷涂距离为80-150mm，喷枪移动速度为8-1.5m/s。

较佳地，所述高熵合金涂层的厚度为100-1000μm。

较佳地，电弧熔炼的过程在电弧炉中进行，所述电弧炉的熔炼气氛为氩气，所述原料在所述电弧炉中翻转熔炼5-8次。