玻璃陶瓷涂层的制备及其耐液态LBE腐蚀性能研究

摘要

我国正在研究的加速器驱动次临界系统（ADS）拟采用液态重金属铅或铅铋合金（LBE）为冷却介质，其高温、重金属腐蚀的特殊工况对传统金属结构材料的耐腐蚀性能提出了更高的要求，而新型玻璃陶瓷材料兼具玻璃和陶瓷的双重优良特性，综合力学性能良好且耐磨耐腐蚀。本论文针对这一情况，分别采用热喷涂技术与热喷涂-激光原位反应复合工艺制备了玻璃-Cr2O3陶瓷涂层、CrFeAlTiC金属/玻璃陶瓷涂层。使用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）分析了涂层的微观形貌、元素组成及物相结构。研究了两种涂层的界面结合性能、摩擦磨损性能及耐重金属腐蚀性能。本论文的研究为ADS系统结构材料的选择提供了方向，对我国核电事业的发展具有一定的意义。主要研究成果如下：
　　1、利用高温烧结、球磨破碎的方法制备了粒度均匀的玻璃包覆 Cr2O3陶瓷的复合粉末。采用氧-乙炔热喷涂技术制备了玻璃-95％Cr2O3陶瓷涂层，涂层表面平整、致密，与基材的界面结合强度达32.87MPa，耐磨性能较好。
　　2、通过球磨共混、加热粘接的方法制备了大小均匀的CrFeAlTiC复合粉末，采用热喷涂-激光原位反应复合工艺制备了冶金结合良好的金属/玻璃陶瓷涂层。结果表明：经激光重熔与激光原位反应生成的金属/玻璃陶瓷涂层表面致密，断面有明显的激光重熔区与原位反应玻璃陶瓷薄层区，厚度为10~30μm；涂层界面结合性能与耐磨性能较好。
　　3、研究了玻璃-Cr2O3陶瓷涂层450℃环境下的耐液态重金属铅腐蚀的性能。结果表明：60h后，304不锈钢与45＃钢表面附近存在明显的铅元素浸入现象，而涂层表面附近未见此类现象，玻璃-Cr2O3陶瓷涂层耐重金属铅腐蚀性能良好。
　　4、研究了金属/玻璃陶瓷涂层与304不锈钢的耐液态 LBE腐蚀的性能。对比分析结果表明：在450℃环境中腐蚀120h后，腐蚀介质元素会浸入到304不锈钢内部，对其构成腐蚀，而金属/玻璃陶瓷涂层具有很好的耐液态LBE腐蚀性能，防止元素浸入基材，起到腐蚀防护作用。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2涂层防腐蚀技术

1.3玻璃陶瓷材料的研究现状与应用

1.4研究内容与创新之处

1.5技术路线

1.6论文章节

第二章 实验设备与方法

2.1实验材料

2.2粉末与涂层制备

2.3腐蚀试验

2.4涂层的检测

2.5本章小结

第三章 热喷涂制备玻璃陶瓷涂层及其耐腐蚀性能

3.1涂层的制备

3.2粉末与涂层的形貌表征

3.3涂层力学性能检测

3.4涂层耐腐蚀性能检测

3.5本章小结

第四章 热喷涂-激光复合工艺制备玻璃陶瓷涂层及其耐腐蚀性能

4.1金属/玻璃陶瓷涂层的制备

4.2涂层微观组织分析

4.3涂层力学性能测试

4.4涂层耐腐蚀性能测试

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要研究结论

5.2研究工作展望

参考文献

附录

致谢