[发明专利]一种提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理技术领域，特别提供一种对金属表面进行涂层、热处理的工艺方法。

背景技术

随着能源危机的加剧，开发安全、能量密度高、环境友好型的新能源迫在眉睫。核电是应对这些挑战较理想的选择，但核废物的处理问题一直制约着核电的可持续发展。ADS嬗变系统(Accelerator Driven Transmutation System)以其高效利用核废料及高的系统安全性，是目前最有发展前途的核废物嬗变系统。液态铅及液态铅铋共晶以其优越的物理性能和化学性能，成为ADS嬗变系统散裂靶兼冷却剂的首选材料。

马氏体耐热钢由于具有良好的高温强度、塑性和足够高的高温化学稳定性被广泛应用在核电、化工、石油等工业部门。9～12％Cr马氏体耐热钢是在传统马氏体耐热钢的基础上优化化学成分和热处理规范显著提高了其持久强度。9～12％Cr马氏体耐热钢以其较低的热膨胀系数和较高的导热率等优良性能，已成为ADS等先进核反应系统的包层和包壳候选结构材料。但ADS苛刻的工作环境(高温、辐照、液态金属腐蚀)，对9～12％Cr马氏体耐热钢结构材料提出了新的挑战，且随着设备服役温度的提高和面临的更为苛刻的腐蚀性环境，需要进一步要求提高结构材料的耐腐蚀性能。

通过在材料表面增加涂层可以更进一步提高ADS嬗变系统用9～12％Cr马氏体耐热钢的耐腐蚀性能。研究结果显示，碳化钛等陶瓷涂层由于与液态铅铋润湿性差等表现出优异的耐腐蚀性能而备受亲睐，但是由于9～12％Cr马氏体耐热钢与陶瓷的热膨胀系数相差悬殊，在9～12％Cr马氏体耐热钢上制备连续致密的碳化钛陶瓷涂层极其困难，已成为制约该涂层发展的技术瓶颈。因此，亟待一种合适的表面处理方法，以保证涂层和基体之间有很强的粘着力而不造成涂层的剥落，从而达到保护金属基体的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在马氏体耐热钢表面进行耐液态金属腐蚀处理的方法，采用电弧离子镀在金属表面镀一层钛后，通过真空热处理形成碳化钛涂层，能够有效的提高金属的耐液态金属腐蚀性能，延长金属材料的使用寿命。

本发明具体提供了一种提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：首先在马氏体耐热钢表面预镀钛层，然后通过真空热处理方法使马氏体耐热钢表层的碳与其表面预镀的钛层反应，最终形成碳化钛的陶瓷涂层。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：采用电弧离子镀方法在马氏体耐热钢表面预镀钛层。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：马氏体耐热钢基体中C≥0.1％，Si≥1.0％，尤其适用于9～12％Cr含硅马氏体耐热钢。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、对金属表面进行预处理：用金相砂纸打磨金属试样，并对其进行表面湿喷砂，经金属洗涤剂清洗后在去离子水中超声清洗，烘干；

(2)、采用电弧离子镀在金属表面电镀钛层，钛靶的纯度在99.9％以上：电弧离子镀工艺条件：真空室真空度小于8×10^-3Pa，保护气体气压保持在0.2－0.3Pa，炉腔温度为100－120℃，偏压﹣800V，偏压占空比30％，靶基距240mm，电弧电流和电压分别为50－60A和﹣20V，预溅射清洗3－5min，保持其它参数不变，偏压调整为﹣200－﹣250V，在金属基体上沉积厚度为2～5μm的钛层；

(3)、通过真空热处理使金属表面形成碳化钛涂层，升温和降温速率不超过7℃/min，温度控制在1000～1150℃，随炉冷却。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：通过真空热处理使金属表面形成碳化钛涂层时的热处理制度为：正火温度1050℃±50保温0.5h～1h，随炉冷却到室温，回火温度760±50℃保温1h～2h后随炉冷却。

本发明所述提高马氏体耐热钢耐液态金属腐蚀的方法，其特征在于：马氏体耐热钢的化学成分为0.15％≤C≤0.26％，1.0％≤Si≤1.5％，9％≤Cr≤12％，1.0％≤W≤1.5％，0％＜Mn≤1.0％，Ta+Nb：≤0.3％，0％＜V≤0.2％，余量为铁。

本发明的有益效果：