[发明专利]含铬铁基高温合金的表面处理方法及含铬铁基高温合金件

说明书

本发明公开了一种含铬铁基高温合金的表面处理方法，用于提高含铬铁基高温合金的抗高温熔盐腐蚀性能。该方法具体为：在真空环境或气氛保护环境下，将待处理的含铬铁基高温合金件在高温熔盐中放置至少10小时；所述高温熔盐中含有离子浓度为20 ppm~10000 ppm的Fe²⁺离子和离子浓度为10ppm~100ppm的Ni²⁺离子。本发明还公开了一种含铬铁基高温合金件以及一种在高温熔盐环境中使用含铬铁基高温合金的方法。本发明可大幅提高含铬铁基高温合金的抗高温熔盐腐蚀性能，使其满足高温熔盐环境的使用要求，从而拓宽熔盐堆用合金结构材料的选材范围。

技术领域

本发明涉及一种合金的表面处理方法，尤其涉及一种含铬铁基高温合金的表面处理方法，属于材料表面改性技术领域。

背景技术

熔盐堆以其高固有安全性、经济性、不停堆换料、一回路低蒸汽压等优点被选定为第四代核反应堆概念堆型之一。但是熔盐堆内高温、强中子辐照及强腐蚀性的服役环境对堆内合金结构材料提出了挑战。现有反应堆合金结构材料，如轻水堆、高温气冷堆使用的各种铁基合金，均因铁不耐氟化物熔盐腐蚀而不能满足熔盐堆的要求。美国从上世纪50年代初开始花费了大量人力、财力发展熔盐堆用结构材料，并最终由橡树岭国家实验室(ORNL)开发出INOR-8合金，其商业化名称为Hastelloy N合金。该合金在1960年代中期成功地用于ORNL的MSRE实验堆。我国科研单位也开发出了类似的GH3535合金。此类抗熔盐腐蚀镍基高温合金为奥氏体型镍基合金，属于固溶强化高温耐蚀Ni-Mo-Cr合金。然而，因为资质上的瓶颈以及性能上的缺陷，Hastelloy N合金迄今为止尚不能作为商用熔盐堆的结构材料。首先，没有经过更广泛的测试，Hastelloy N合金没有美国机械工程师协会(ASME)针对反应堆压力壳的相关许用规范。其次，在熔盐堆的运行过程当中，Hastelloy N合金易受裂变产物碲元素的高温渗透，导致晶间开裂，存在较大的安全隐患。

含铬铁基高温合金广泛应用于核能、火电、航空、航天等高温领域。由于此类合金中添加了铬，在各种水溶液和高温氧化环境中，其表面会形成富铬的钝化膜或氧化膜，抑制合金的进一步腐蚀，使其具有良好的高温性能和耐腐蚀性能。然而，如果将其用于类似熔盐堆这样的高温熔盐体系中，含铬铁基合金中的铬不会形成保护性表面膜，反而会选择性的被溶解；同时，在高温服役环境下，材料中的铬元素容易在晶界处富集，晶粒与晶界之间的电偶腐蚀进一步加快了材料的沿晶腐蚀，使得其耐熔盐腐蚀能力变差。在外应力作用下，材料很容易发生局部的脆性断裂而失效。此外，高温熔盐工况体系中通常会同时用到石墨、炭炭复合材料等碳基材料，而碳基材料会加速含铬铁基合金的腐蚀。因此，普遍认为含铬铁基高温合金无法用于类似熔盐堆这样的高温熔盐环境，从而限制了含铬铁基高温合金材料的应用范围。

相对于Hastelloy N合金，许多含铬铁基高温合金具备现成的许用规范，且不易发生碲致晶间开裂。此外，其中子耐受性、经济性、可加工性也比Hastelloy N合金高很多。因此，如果能解决含铬铁基高温合金耐高温熔盐腐蚀的问题，会对熔盐堆技术的发展应用产生极其重大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有含铬铁基高温合金无法满足高温熔盐环境使用要求的不足，提供一种含铬铁基高温合金的表面处理方法，可大幅提高含铬铁基高温合金的抗高温熔盐腐蚀性能，使其满足高温熔盐环境的使用要求，从而拓宽熔盐堆用合金结构材料的选材范围。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种含铬铁基高温合金的表面处理方法，用于提高含铬铁基高温合金的抗高温熔盐腐蚀性能，在真空环境或气氛保护环境下，将待处理的含铬铁基高温合金件在高温熔盐中放置至少10小时；所述高温熔盐中含有离子浓度为20ppm～10000ppm的Fe²⁺离子和离子浓度为10ppm～100ppm的Ni²⁺离子。