CN101845645A - 采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法 - Google Patents
采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101845645A CN101845645A CN 200910101339 CN200910101339A CN101845645A CN 101845645 A CN101845645 A CN 101845645A CN 200910101339 CN200910101339 CN 200910101339 CN 200910101339 A CN200910101339 A CN 200910101339A CN 101845645 A CN101845645 A CN 101845645A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- room temperature
- fused salt
- aluminizing
- temperature fused
- permeation preventing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 35
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 238000005269 aluminizing Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- -1 alkyl pyridine halide Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 12
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims abstract description 11
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N pyridine Substances C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 24
- 238000005660 chlorination reaction Methods 0.000 claims description 22
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 16
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 14
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 claims description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 12
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- IXCKOXLJNNFOCM-UHFFFAOYSA-N n,n,2-triethylaniline Chemical compound CCN(CC)C1=CC=CC=C1CC IXCKOXLJNNFOCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AHOUBRCZNHFOSL-YOEHRIQHSA-N (+)-Casbol Chemical compound C1=CC(F)=CC=C1[C@H]1[C@H](COC=2C=C3OCOC3=CC=2)CNCC1 AHOUBRCZNHFOSL-YOEHRIQHSA-N 0.000 claims description 2
- XVMSFILGAMDHEY-UHFFFAOYSA-N 6-(4-aminophenyl)sulfonylpyridin-3-amine Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)C1=CC=C(N)C=N1 XVMSFILGAMDHEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 abstract description 32
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 abstract description 32
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 2
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 125000002877 alkyl aryl group Chemical group 0.000 abstract 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 abstract 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 15
- 102100032230 Caveolae-associated protein 1 Human genes 0.000 description 9
- 101000869049 Homo sapiens Caveolae-associated protein 1 Proteins 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 4
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910016747 AlCl3—NaCl—KCl Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000005025 nuclear technology Methods 0.000 description 2
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005502 peroxidation Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Coating With Molten Metal (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明公开了一种采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法，包括如下步骤：第一步：用常规方法对不锈钢基体进行脱脂除油和去氧化膜的表面处理；第二步：室温熔盐镀铝：用于镀铝的室温熔盐是AlCl3与有机盐构成的体系，所述的有机盐为卤化烷基吡啶、卤化烷基咪唑和氯化烷芳基铵盐中的一种；且AlCl3与有机盐的摩尔比为大于1.0且小于等于2.0；室温熔盐镀铝的工艺参数如下：阳极：铝丝，温度为25℃～60℃，电流密度5～30mA/cm2；镀覆时间为30min～200min；第三步：热处理：热处理的工艺参数如下：温度670℃～750℃，时间30min～24h，得到Fe-Al合金层；第四步：氧化：氧化工艺参数如下：温度670℃～1050℃，时间1h～200h；氧化气氛：氧分压为1.0×10-2 Pa～2.1×104Pa。本发明方法适合在管道内壁等异型件表面制备阻氚涂层，且适合工业化大规模生产的需求，涂层具有自愈合能力。
Description
技术领域
本发明属于核技术及应用领域，具体涉及一种表面阻氢渗透涂层的制备方法，该方法尤其适合异型零部件如细长管道内壁的阻氢涂层制备。
背景技术
氢同位素氚是核聚变的燃料，氚和氢相似，在金属材料中具有高的渗透率，导致宝贵的核燃料损失，并对环境产生污染。因此，在氚处理用设备中，与氚接触的金属容器(不锈钢)必须具有阻氢(氚)渗透性能。大量的研究结果表明，在不锈钢表面制备防氚渗透涂层是最有效的方法。在核聚变计划(ITER)中，防氚渗透涂层材料及制备是最关键的技术之一，并提出气相中氢渗透减小因子(PTRF。因氚昂贵且具放射性，通常用氢渗透减小因子来表征阻氚效果)要大于1000，见参考文献[1]。在涂层材料方面，具有阻氚效果的都为陶瓷材料，如Al2O3、SiC、TiC、TiN、Cr2O3等，见参考文献[2]，也有人提出Al2O3/SiC复合涂层，如中国专利ZL200610085907.8公开了一种防氚渗透耐蚀绝缘复合涂层，又如中国专利200810046143.0公开了一种阻氢(氚)用的C-SiC涂层物理气相制备方法。但这些陶瓷或复合涂层一旦损坏，就失去阻氚性能。因此，目前公认最有前景并取得良好效果的阻氚涂层是“富铝的Fe-Al涂层”通过高温氧化形成Al2O3膜，这一方面是因为Al2O3具有优异的阻氚性能，另一方面在于富铝Fe-Al合金形成的Al2O3膜即使损坏，也具有自愈合的能力。
富铝Fe-Al涂层有多种方法可以制备，热浸镀铝(HDA)、包埋渗铝(PC)、真空等离子体喷涂(VPS)，它们适合大规模工业化制备，见参考文献[1]。但VPS法孔隙率高，阻氢性能不佳；PC有时也称固体渗铝，例如中国专利号为ZL 02137373.6的《不锈钢表面防氢渗透层的制备方法》，就是采用Fe-Al合金粉+Al2O3+NH4Cl，在900℃下保温2h，进行固体粉末渗铝得到Fe-Al涂层。PC法有应力腐蚀的倾向，对核能用部件不适用。比较而言，HDA法制备的Fe-Al涂层有较好的阻氚效果，但存在涂层厚度不均匀、复杂工件容易出现漏镀，中国专利号为200710176296.2的《防氚渗透涂层热浸镀制备工艺》提出了用电磁力将铝液流过欲镀表面，同时对流经材料的铝液施加超声振动，或直接对材料施加超声振动，改善涂层的性能。另一方面，HDA法需要通过高温扩散消除脆性的Fe-Al相，但高温扩散会导致扩散层中形成空洞，需要热等静压等方法来改善，见参考文献[3]。此外，中国专利号为200810045285.5的《一种多层阻氢渗透复合膜的制备方法》专利提出采用铝及铝合金涂层和微弧氧化的连用技术，对HDA、PC等方法制备的富铝涂层进行微弧氧化，增加Al2O3膜的厚度，提高膜与基体的结合强度；也有人提出离子渗氮法制备阻氚涂层，见参考文献[4]。但微弧氧化、离子渗氮等方法并不适合在细长管道内壁制备富铝的Fe-Al涂层。日本提出适合管道内壁制备的CDC法，涂层由Cr2O3-SiO2-CrPO4组成，但涂层不具备自愈合能力，其稳定性有待进一步检验，见参考文献[5]。总之，阻氚涂层，尤其是管道内壁等异型件的阻氚涂层制备仍需要进一步开发新的制备技术，见参考文献[6]。
发明内容
本发明的目的在于针对目前核技术及应用领域存在的问题，提出一种适合在管道内壁等异型件表面制备阻氚涂层的技术，该技术适合工业化大规模生产的需求，气相中PTRF大于1000、并且具有自愈合能力。
本发明采用的技术方案如下：一种采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法，包括如下步骤：
第一步：用常规方法对不锈钢基体进行脱脂除油和去氧化膜的表面处理；
第二步：室温熔盐镀铝：用于镀铝的室温熔盐是AlCl3与有机盐构成的体系，所述的有机盐为卤化烷基吡啶、卤化烷基咪唑和氯化烷芳基铵盐中的一种；且AlCl3与有机盐的摩尔比为大于1.0且小于等于2.0；室温熔盐镀铝的工艺参数如下：阳极：铝丝，温度为25℃～60℃，电流密度5～30mA/cm2；镀覆时间为30min～200min；
第三步：热处理：热处理的工艺参数如下：温度670℃～750℃，时间30min～24h，得到Fe-Al合金层；
第四步：氧化：氧化工艺参数如下：温度670℃～1050℃，时间1h～200h；氧化气氛：氧分压为1.0×10-2Pa～2.1×104Pa。
本发明的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法中第二步室温熔盐体系中的有机盐卤化烷基吡啶为氯化正丁基吡啶。
本发明的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法中第二步室温熔盐体系中的有机盐卤化烷基咪唑为氯化1-甲基-3-乙基咪唑。
本发明的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法中第二步室温熔盐体系中的有机盐氯化烷芳基铵盐为氯化三乙基苯胺。
本发明的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法中第四步：氧化：氧化工艺参数如下：温度670℃～1050℃，时间1h～200h；氧化气氛：氧分压为5.1×10-1Pa～2.1×104Pa的氧气和氩气组成的混合气体气氛。
本发明的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法中第四步：氧化：氧化工艺参数如下：温度670℃～1050℃，时间1h～200h；氧化气氛：氧分压为5.1×10-1Pa～2.1×104Pa的氧气和氮气组成的混合气体气氛。
本发明的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法中第四步：氧化：氧化工艺参数如下：温度670℃～1050℃，时间1h～200h；氧化气氛：氧分压为1.0×10-2Pa～5.1×10-1Pa的通氧气的低真空气氛。
本发明提出一种新的阻氚涂层制备方法，具体说，是采用室温熔盐镀铝的方法，首先在不锈钢表面制备一定厚度的铝镀层，其后通过低温热处理得到富铝的Fe-Al合金涂层，然后经过氧化制备Al2O3膜。室温熔盐是最近发展起来的一种室温下熔融的离子液体，室温熔盐具有无水、无氧的特点，作为电解液可以通过电镀的方法在金属表面沉积Al等活泼金属。室温熔盐镀铝与已知的有机溶剂镀铝相比，无燃烧等危险；与一般氯化物熔盐镀铝相比，则具有室温操作、设备要求低等优势。室温熔盐镀铝有大量的研究报道，如文献[7，8]，也有304不锈钢表面采用AlCl3-NaCl-KCl无机熔盐150℃下镀铝，见参考文献[9]，以及用AlCl3-NaCl-KCl无机熔盐150℃及800℃下镀铝，并提高钢铁在800℃时抗氧化性能方面的研究，见参考文献[10]，但是，未见在不锈钢表面采用室温熔盐镀铝技术用于阻氚涂层制备的报道及专利。
本发明具有的优点：
1.电镀是工业成熟技术，室温熔盐电镀技术容易实现大规模生产，同时也能对包括细长管道内壁在内的各种异型件表面实现均匀镀覆；
2、镀铝层厚度在几微米~数百微米内均匀可控。因此可以通过低温短时间热处理获得所需富铝的Fe-Al合金涂层，且合金层的厚度均匀；
3、低温热处理可减少或消除扩散层中的空洞，有利于涂层结合力及阻氚性能的提高；同时还有利于保持不锈钢基体的力学性能。
通过上述处理工艺制备的阻氚涂层，600度下PTRF值大于1000，具有优良的阻氢渗透性能。
附图说明
图1是本发明实施例1中Al镀层截面金相照片；
图2是本发明实施例1中热处理后试样的Fe-Al层截面金相照片；
图3(a)是本发明实施例1中氧化后试样的XPS检测结果，即Al2p结合能随溅射时间的变化图；
图3(b)是本发明实施例1中氧化后试样的XPS检测结果，即O1s结合能随溅射时间的变化；
图3(c)是本发明实施例1中氧化后试样的XPS检测结果，即Fe2p结合能随溅射时间的变化；
图4是本发明实施例3中热处理后试样的Fe-Al层截面金相照片；
图5是本发明实施例3中氧化后试样的XRD检测结果；
图6是本发明实施例4中Al镀层的截面金相照片。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：在管状1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢基体表面制备阻氢渗透涂层，具体步骤如下：
1、取直径60mm，厚度3mm，高度60mm的圆柱状1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢基体试样，首先采用常规方法脱脂去氧化膜；
2、将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3和氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)构成的溶液中，其中AlCl3和氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)的摩尔比为2∶1。然后在室温25℃下进行镀铝，电流密度20mA/cm2，镀覆50min，得到厚度约为20μm的铝镀层，如图1所示，镀层与基体结合优良。
3、镀后试样在空气炉中进行热处理，温度750℃，保温4h，得到厚度约为30μm的Fe-Al合金层，如图2所示。表面层铝含量约为44wt％。
4、对热处理后试样，在氧气和氩气组成的压力为1.01×105Pa，氧分压为5.1×10-1Pa的气氛中，690℃氧化160h。
制备好的试样的XRD虽然未检出Al2O3膜，但XPS检测结果表明形成了110nm左右厚度Al2O3膜，且无氧化铁等的存在，如图3所示。且在600℃下PTRF值大于1000，达到应有的阻氚效果。
实施例2：在管状HR-2奥氏体不锈钢基体表面制备阻氢渗透涂层，具体步骤如下：1.取直径60mm，厚度3mm，高度60mm的管状HR-2奥氏体不锈钢基体试样，首先采用常规方法脱脂去氧化膜；
2.将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3和氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)构成的溶液中，其中AlCl3和氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)的摩尔比为2∶1。然后在室温25℃下进行镀铝，电流密度10mA/cm2，镀覆100min，得到厚度约为20μm的铝镀层，镀层与基体结合优良。
3.镀后试样在空气炉中进行热处理，温度750℃，保温4h，得到厚度约为30μm的Fe-Al合金层，表面层铝含量约为44wt％。
4.对热处理后试样，在氧分压为1.0×10-2Pa的通纯氧气的低真空环境中，700℃氧化80h。
制备好的试样的XPS检测结果与实施例1相似，600℃下PTRF值大于1000，达到应有的阻氚效果。
实施例3：在管状HR-2奥氏体不锈钢基体表面制备阻氢渗透涂层，具体步骤如下：
1.取直径60mm，厚度3mm，高度60mm的管状HR-2不锈钢基体试样，首先采用常规方法脱脂去氧化膜；
2.将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3和氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)构成的溶液中，其中AlCl3和氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)的摩尔比为2∶1。然后在室温25℃下进行镀铝，电流密度5mA/cm2，镀覆200min，得到厚度约为20μm的铝镀层，镀层与基体结合优良。
3.镀后试样在空气炉中进行热处理，温度750℃，保温24h，得到厚度约为20μm的Fe-Al合金层，如图4所示，表面层铝含量约为32wt％。
4.对热处理后试样，在氧气和氮气组成的压力为1.01×105Pa，氧分压为2.1×104Pa的气氛中，1050℃氧化1h。这里原先是大气气氛，因此“Ar气”要改为“氮气”制备好的试样的XRD结果表明Al2O3的存在，如图5所示。且600℃下PTRF值大于1000，达到应有的阻氚效果。
实施例4：在细管状316L奥氏体不锈钢基体表面制备阻氢渗透涂层，具体步骤如下：
1.取直径16mm，厚度1mm，高度100mm的细管状316L奥氏体不锈钢基体，首先采用常规方法脱脂去氧化膜；
2.将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3和氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)构成的溶液中，其中AlCl3和氯化1-甲基-3-乙基咪唑(EMIC)的摩尔比为1.5∶1。然后在室温25℃下进行镀铝，电流密度12mA/cm2，镀覆30min，得到厚度约为8μm的铝镀层，如图6所示，镀层与基体结合优良。
3.镀后试样在空气炉中进行热处理，温度670℃，保温9h，得到厚度约为12μm的Fe-Al合金层，表面层铝含量约为32wt％。
4.对热处理后试样，在氧气和氮气组成的压力为1.01×105Pa，氧分压为2.1×104Pa的气氛中，1050℃氧化1h。这里原先是大气气氛，因此“Ar气”要改为“氮气”制备好的试样的XRD结果与实施例3相似。且600℃下PTRF值大于1000，达到应有的阻氚效果。
实施例5：在细管状1Cr17铁素体不锈钢基体表面制备阻氢渗透涂层，具体步骤如下：
1、取直径16mm，厚度1mm，高度100mm的细管状1Cr17铁素体不锈钢基体试样，首先采用常规方法脱脂去氧化膜；
2、将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3和氯化正丁基吡啶(BPC)构成的溶液中，其中AlCl3和氯化正丁基吡啶(BPC)的摩尔比为2∶1。然后在室温25℃下进行镀铝，电流密度30mA/cm2，镀覆36min，温度60℃，得到厚度约为20μm的铝镀层，镀层与基体结合优良。
3、镀后试样在空气炉中进行热处理，温度670℃，保温24h，得到厚度约为16μm的Fe-Al合金层，表面层铝含量约为32wt％。
4、对热处理后试样，在氧气和氩气组成的压力为1.01×105Pa，氧分压为的5.1×10-1Pa气氛中，670℃氧化200h。
制备好的试样的XPS结果与实施例1相似。600℃下PTRF值大于1000，达到应有的阻氚效果。
实施例6：在细管状316L奥氏体不锈钢基体表面制备阻氢渗透涂层，具体步骤如下：
1、取直径12mm，厚度1mm，高度80mm的细管状316L奥氏体不锈钢基体试样，首先采用常规方法脱脂去氧化膜；
2、将试样放入氩气保护手套箱中的AlCl3和氯化三乙基苯胺(TMPAC)构成的溶液中，其中AlCl3和氯化三乙基苯胺(TMPAC)的摩尔比为2∶1。然后在室温25℃下进行镀铝，电流密度20mA/cm2，镀覆50min，得到厚度约为20μm的铝镀层，镀层与基体结合优良。
3、镀后试样在空气炉中进行热处理，温度750℃，保温4h，得到厚度约为30μm的Fe-Al合金层，表面层铝含量约为44wt％。
4、对热处理后试样在氧分压为1.0×10-2Pa的通纯氧气的低真空环境中，700℃氧化80h。制备好的试样的XPS检测结果与实施例1相似，600℃下PTRF值大于1000，达到应有的阻氚效果。
参考文献
[1]D.L.Smith，J.Konys，T.Muroga，V.Evitkhin，Development of coatings for fusionpower applications，Journal of Nuclear Materials，307-311(2002)1314-1322
[2]G.W.Hollenberg，E.P.Simonen，G.Kalinin，A.Terlain，Tritium/hydrogen barrierdevelopment.Fusion Engineering and Design，28(1995)190-208
[3]H.Glasbrenner，J.Konys，Investigation on hot-dip aluminized and subsequent HIP’pedsteel sheets，Fusion Engineering and Design，58-59(2001)725-729
[4]H.B.Liu，J.Tao，J.Xu，Z.F.Chen，X.J.Sun，Z.Xu，Microstructure characterization ofoxidation of aluminized coating prepared by a combined process，Journal of NuclearMaterials，378(2008)134-138
[5]T.V.Kulsartov，K.Hayashi，M.Nakamichi，S.E.Afanasyev，V.P.Shestakov，Y.V.Chikhray，E.A.Kenzhin，A.N.Kolbaenkov，Investigation of hydrogen isotope permeationthrough F82H steel with and without a ceramic coating of Cr2O3-SiO2 including CrPO4(out-of-pile tests)，Fusion Engineering and Design，81(2006)701-705
[6]J.Konys，A.Aiello，G.Benamati，L.Giancarli，Status of Tritium Permeation BarrierDevelopment in the EU，Fusion Science and Technology，47(2005)844-850
[7]R.T.Carlin，W.Crawford，M.Bersh，Nucleation and morphology studies of aluminumdeposited from an ambient temperature chloroaluminate molten salt，J.Electrochem.Soc.，139(10)1992：2720-2727
[8]凌国平，逄清强，室温熔盐电镀的研究进展，化学通报，网络版，13(2000)c00035
[9]王玉江，马欣新，郭光伟，唐光泽，304不锈钢基体上无机熔融盐电镀铝研究，热处理技术与装备，29(2008)29-31
[10]丁志敏，冯秋元，石子源，阎颖，金华，钢铁件熔融盐电镀铝及其抗高温氧化性的研究，热加工工艺，7(2004)27-29
Claims (7)
1.一种采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：用常规方法对不锈钢基体进行脱脂除油和去氧化膜的表面处理；
第二步：室温熔盐镀铝：用于镀铝的室温熔盐是AlCl3与有机盐构成的体系，所述的有机盐为卤化烷基吡啶、卤化烷基咪唑和氯化烷芳基铵盐中的一种；且AlCl3与有机盐的摩尔比为大于1.0且小于等于2.0；室温熔盐镀铝的工艺参数如下：阳极：铝丝，温度为25℃～60℃，电流密度5～30mA/cm2；镀覆时间为30min～200min；
第三步：热处理：热处理的工艺参数如下：温度670℃～750℃，时间30min～24h，得到Fe-Al合金层；
第四步：氧化：氧化工艺参数如下：温度670℃～1050℃，时间1h～200h；氧化气氛：氧分压为1.0×10-2Pa～2.1×104Pa。
2.如权利要求1所述的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法，其特征在于：第二步室温熔盐体系中的有机盐卤化烷基吡啶为氯化正丁基吡啶。
3.如权利要求1所述的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法，其特征在于：第二步室温熔盐体系中的有机盐卤化烷基咪唑为氯化1-甲基-3-乙基咪唑。
4.如权利要求1所述的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法，其特征在于：第二步室温熔盐体系中的有机盐氯化烷芳基铵盐为氯化三乙基苯胺。
5.如权利要求1或2或3或4所述的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法，其特征在于：第四步：氧化：氧化工艺参数如下：温度670℃～1050℃，时间1h～200h；氧化气氛：氧分压为5.1×10-1Pa～2.1×104Pa的氧气和氩气组成的混合气体气氛。
6.如权利要求1或2或3或4所述的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法，其特征在于：第四步：氧化：氧化工艺参数如下：温度670℃～1050℃，时间1h～200h；氧化气氛：氧分压为5.1×10-1Pa～2.1×104Pa的氧气和氮气组成的混合气体气氛。
7.如权利要求1或2或3或4所述的采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法，其特征在于：第四步：氧化：氧化工艺参数如下：温度670℃～1050℃，时间1h～200h；氧化气氛：氧分压为1.0×10-2Pa～5.1×10-1Pa的通氧气的低真空气氛。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910101339XA CN101845645B (zh) | 2009-07-30 | 2009-07-30 | 采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200910101339XA CN101845645B (zh) | 2009-07-30 | 2009-07-30 | 采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101845645A true CN101845645A (zh) | 2010-09-29 |
| CN101845645B CN101845645B (zh) | 2011-09-07 |
Family
ID=42770461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200910101339XA Expired - Fee Related CN101845645B (zh) | 2009-07-30 | 2009-07-30 | 采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101845645B (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103255450A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-08-21 | 四川材料与工艺研究所 | 一种离子液体电刷镀铝的方法 |
| CN104499013A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-08 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种rafm钢表面室温离子液体电镀铝的方法 |
| CN104694984A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-06-10 | 浙江大学 | 一种不锈钢管内壁室温熔盐镀铝装置及镀铝方法 |
| CN104988547A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-10-21 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种离子液体电镀光亮铝后的去应力退火工艺 |
| CN106048519A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-10-26 | 四川大学 | 一种聚变堆氚增殖包层用Fe‑Al/Al2O3 阻氚涂层及其制备方法 |
| CN106756770A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 北京有色金属研究总院 | 一种熔盐体系下金属氢化物表面阻氢渗透涂层的制备方法 |
| CN106757216A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-05-31 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种钒合金表面阻氚渗透电绝缘涂层的制备方法及其制备的产品 |
| CN108580886A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-28 | 江西保德电子材料有限公司 | 一种金属颗粒表面包覆氧化铝的方法 |
| CN108624839A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-10-09 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种不锈钢铝涂层的制备方法 |
| CN109137010A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-04 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种Fe-Al涂层的制备方法 |
| CN110629179A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-31 | 武汉大学 | 一种新型纳米多层结构复合阻氚涂层 |
-
2009
- 2009-07-30 CN CN200910101339XA patent/CN101845645B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103255450B (zh) * | 2013-05-31 | 2016-04-13 | 四川材料与工艺研究所 | 一种离子液体电刷镀铝的方法 |
| CN103255450A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-08-21 | 四川材料与工艺研究所 | 一种离子液体电刷镀铝的方法 |
| CN104499013A (zh) * | 2014-12-19 | 2015-04-08 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种rafm钢表面室温离子液体电镀铝的方法 |
| CN104694984A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-06-10 | 浙江大学 | 一种不锈钢管内壁室温熔盐镀铝装置及镀铝方法 |
| CN104988547A (zh) * | 2015-07-07 | 2015-10-21 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种离子液体电镀光亮铝后的去应力退火工艺 |
| CN106048519A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-10-26 | 四川大学 | 一种聚变堆氚增殖包层用Fe‑Al/Al2O3 阻氚涂层及其制备方法 |
| CN106048519B (zh) * | 2016-07-22 | 2019-11-12 | 四川大学 | 一种聚变堆氚增殖包层用Fe-Al/Al2O3阻氚涂层及其制备方法 |
| CN106757216B (zh) * | 2016-12-14 | 2019-03-19 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种钒合金表面阻氚渗透电绝缘涂层的制备方法及其制备的产品 |
| CN106757216A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-05-31 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种钒合金表面阻氚渗透电绝缘涂层的制备方法及其制备的产品 |
| CN106756770A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-31 | 北京有色金属研究总院 | 一种熔盐体系下金属氢化物表面阻氢渗透涂层的制备方法 |
| CN106756770B (zh) * | 2016-12-28 | 2018-12-07 | 北京有色金属研究总院 | 一种熔盐体系下金属氢化物表面阻氢渗透涂层的制备方法 |
| CN108580886A (zh) * | 2018-04-20 | 2018-09-28 | 江西保德电子材料有限公司 | 一种金属颗粒表面包覆氧化铝的方法 |
| CN108624839A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-10-09 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 一种不锈钢铝涂层的制备方法 |
| CN109137010A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-01-04 | 中国工程物理研究院材料研究所 | 一种Fe-Al涂层的制备方法 |
| CN110629179A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-31 | 武汉大学 | 一种新型纳米多层结构复合阻氚涂层 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101845645B (zh) | 2011-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101845645B (zh) | 采用室温熔盐镀铝制备阻氢渗透涂层的方法 | |
| CN102691025B (zh) | 一种金属基长效抗氧化防护涂层制备方法 | |
| CN103572201B (zh) | 低活化铁素体-马氏体钢表面粉末包埋渗铝及后处理工艺 | |
| CN106637071B (zh) | 一种多段式包埋渗铝结合微弧氧化制备复合涂层的方法 | |
| CN108975922A (zh) | 一种表面具有热解碳涂层的碳/碳复合材料发热体及其制备方法 | |
| CN105671482A (zh) | 一种粉末包埋渗铝剂及镍基高温合金表面渗铝方法 | |
| CN101748357A (zh) | 镁合金表面的处理方法 | |
| CN101914792B (zh) | 一种Al-Cr合金涂层及其制备方法 | |
| JP3898082B2 (ja) | 複合金属の製造方法及び複合金属部材 | |
| CN105296918B (zh) | 一种金属钨表面Al2O3-SiO2高温绝缘涂层及其制备方法 | |
| CN107686932A (zh) | 一种耐蚀性球墨铸铁及其铸件热侵镀铝工艺 | |
| CN112962047B (zh) | 一种钛或钛合金表面制备Ti-Al系中间相/Ti-Al-C系MAX相复合涂层的方法 | |
| CN109652798A (zh) | 一种烧结钕铁硼磁体表面复合涂层的制备方法 | |
| CN112048752A (zh) | 一种cBN/Ni-Mo钛合金叶片叶尖防护涂层的制备方法和应用 | |
| CN111424229A (zh) | 耐液态金属合金浸蚀复合涂层的制备方法 | |
| CN104478399A (zh) | 一种钢基表面含铬耐磨陶瓷涂料层及其制备方法 | |
| CN102041532B (zh) | 不锈钢表面Al-Cr-Fe合金涂层及其制备方法 | |
| CN112299882B (zh) | 一种碳材料表面HfC基三元碳化物梯度涂层的原位制备方法 | |
| CN105779923B (zh) | 一种耐液态熔融锌腐蚀的复合涂层及其制备方法 | |
| CN115491625B (zh) | 钛及钛合金表面预氧化改性的热浸Ti-Al-Si镀层及其制备方法 | |
| CN106544627A (zh) | 一种抗高温热腐蚀复合涂层及其制备方法 | |
| Wang et al. | Preparation and Properties of In Situ Grown Cr2O3 Diffusion Barrier Between Ni Coating and 316L Stainless Steel in Molten Fluoride Salts | |
| CN114318202A (zh) | 一种镍基合金表面耐磨涂层及其制备方法 | |
| CN101418425A (zh) | 防氚渗透涂层热浸镀制备工艺 | |
| JP3081764B2 (ja) | 複合皮膜を有する炭素部材とその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110907 Termination date: 20190730 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |