CrFeAlTi涂层抗高温氧化性及耐铅铋合金腐蚀性研究

摘要

铅铋共晶合金（LBE）由于具有低熔点、高沸点、化学惰性好、热导率高和中子辐照损伤小等一系列的优异性能，被选为ADS系统散裂靶兼冷却剂的重点材料。中国低活化马氏体钢——CLAM钢是我国 ITER实验计划包层模块中的候选结构材料之一，但是液态 LBE在长期高温工况下对其具有一定程度的腐蚀性，因此 LBE与结构材料的高温相容性是核工程应用中急需解决的问题。目前，解决材料的高温氧化性和腐蚀性最有效的办法是使用防护性涂层。
　　本论文采用我国自主设计的CLAM钢为基材，在其表面制备三种不同成分含量配比的CrFeAlTi涂层，对三种CrFeAlTi涂层和基材CLAM钢的抗高温氧化性与耐LBE腐蚀性进行了对比实验及其微观机理分析。采用光学显微镜（OM）、X-射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析仪（EDS）对试样组织的微观形貌、物相组成、微区成分等进行各种检测和对比分析，最终优化制备出具有良好抗高温氧化性和耐腐蚀性的CrFeAlTi涂层，以期为提高ADS系统候选结构材料表面服役性能提供参考依据。主要实验研究结果如下：
　　（1）经750℃和850℃高温氧化3 h后，CLAM钢基材的氧化增重分别为0.91 g/m2和5.33 g/m2，在850℃下CLAM钢表面出现了氧化皮的开裂和剥落现象；而三种 CrFeAlTi涂层试样在两种温度下的氧化增重量都很小，氧化前后的表面形貌和物相都没有出现明显的变化，抗高温氧化性能良好。
　　（2）经450℃和550℃液态LBE腐蚀300 h后，CLAM钢基材表面出现一层明显的氧化腐蚀区域，且发现了腐蚀介质Pb元素的扩散，两种温度下扩散深度分别达到了10μm和15μm；而三种CrFeAlTi涂层试样未出现明显的腐蚀特征，Pb元素在试样中的扩散也甚微。涂层表面由于有一层Al2O3-Cr2O3保护性氧化膜，可阻止液态LBE扩散到试样内部，对材料起到一定的腐蚀防护作用。
　　（3）三种 CrFeAlTi涂层均具有良好的抗高温氧化性和耐液态LBE腐蚀性，未加入304不锈钢粉末制备的涂层由于粉末配比中较高含量的Al、Cr元素以及制备后较为完整的表面形貌和均匀致密的组织结构，使其抗高温氧化性和耐液态金属 LBE腐蚀性都相对略优于其他两种涂层。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 金属的高温氧化

1.3 铅铋合金腐蚀

1.4 金属表面防护涂层研究现状

1.5 本论文的研究内容、方法和研究目的

1.6 课题来源

第2章 实验材料、设备及方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 高温氧化实验

2.4 LBE腐蚀实验

2.5 本章小结

第3章 CrFeAlTi涂层抗高温氧化性能

3.1 CrFeAlTi涂层高温氧化实验

3.2 CrFeAlTi涂层高温氧化动力学分析

3.3 分析与讨论

3.4 本章小结

第4章 CrFeAlTi涂层耐铅铋合金腐蚀性能

4.1 CrFeAlTi涂层LBE腐蚀实验

4.2 CrFeAlTi涂层腐蚀性能检测

4.3 分析与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢