鎳基合金的表面鈍化處理方法
發(fā)布者：江蘇涌華金屬科技有限公司 發(fā)布時(shí)間：2024/5/14 閱讀：776次
鎳基合金是以鎳為基材(含量一般大于50％)，在650～1000℃范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的耐受力、抗燃?xì)飧g能力的耐熱合金，常見(jiàn)的鎳基合金有蒙乃爾合金、因康鎳合金、哈氏合金等。鎳基合金因其優(yōu)良的耐腐蝕性能，常用于航空、核反應(yīng)堆及能源轉(zhuǎn)換設(shè)備上高溫零部件的制造等。但在某些行業(yè)，如核反應(yīng)堆及乏燃料后處理中，當(dāng)引入強(qiáng)氟化劑(如F2、HF)后，仍舊會(huì)對(duì)鎳基合金產(chǎn)生腐蝕，造成合金機(jī)械強(qiáng)度的降低等問(wèn)題。
鎳基合金在強(qiáng)氟化劑環(huán)境下使用一段時(shí)間會(huì)達(dá)到使用壽命，因此在一些行業(yè)，如核工業(yè)需不斷更換鎳基合金材料。目前，鎳基合金腐蝕的技術(shù)是在其表層產(chǎn)生一層“冷凍壁”進(jìn)行保護(hù)，冷凍壁是指某些特定組成的鹽所形成的一層保護(hù)里襯。可是，冷凍壁的產(chǎn)生條件十分苛刻，需要嚴(yán)格控制鎳基合金內(nèi)壁和外部的溫差；而且在鎳基合金的使用過(guò)程中，冷凍壁的動(dòng)態(tài)保持較艱難。
然而，目前尚未發(fā)覺(jué)能使鎳基合金耐強(qiáng)氟化劑的鈍化技術(shù)。
鎳基合金的表面處理方法
本發(fā)明所需解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服目前鎳基合金在強(qiáng)氟化劑的環(huán)境中產(chǎn)生腐蝕的缺陷，而提供了一種鎳基合金的表面鈍化處理辦法。使用本發(fā)明提供的表面鈍化處理辦法，使鎳基合金表層形成致密的鈍化層，避免氟氣等強(qiáng)腐蝕性氣體腐蝕合金，提升了鎳基合金材料的耐腐蝕性能，延長(zhǎng)了合金的使用壽命。
因此，本發(fā)明提供了一種鎳基合金的表面鈍化處理辦法，其包括以下步驟，將鎳基合金進(jìn)行前處理和干燥后，用氟氬混合氣進(jìn)行表面鈍化處理；上述表面鈍化處理分為四個(gè)階段進(jìn)行：
1：將鎳基合金加熱至100℃～150℃，進(jìn)一步減去、反應(yīng)體系內(nèi)的水；
2：將鎳基合金繼續(xù)加熱至350℃～550℃，比如至400℃～500℃，使鎳基合金表層緩慢產(chǎn)生鈍化層；
3: 將鎳基合金在第二階段加熱結(jié)束時(shí)的溫度下保溫3h～6h，比如4h～5h，進(jìn)一步地在鎳基合金表層產(chǎn)生穩(wěn)定的鈍化層；
4: 將鎳基合金冷卻至室溫，上述的冷卻較佳地為自然冷卻，使形成的鈍化層不破裂。上述的表面鈍化處理的各階段均在通入氟氬混合氣的情況下進(jìn)行。
本發(fā)明中，上述前處理為本領(lǐng)域常規(guī)所指的前處理，一般是為了鎳基合金表層雜質(zhì)的處理，較佳地為砂紙打磨、酸液清洗和水洗中的一種或多種；上述的酸液較佳地為NaCl和HNO3的混合溶液；上述HNO3的濃度較佳地為0.5mol/L～1.5mol/L，更佳地為1mol/L；上述NaCl的質(zhì)量百分比較佳地為5％。
本發(fā)明中，上述干燥的方法和條件可參照本領(lǐng)域常規(guī)干燥的方法和條件，本發(fā)明優(yōu)選使用鼓風(fēng)式干燥箱或真空干燥箱，上述干燥的溫度較佳地為90℃～110℃，上述干燥的時(shí)間較佳地為1h～10h，以清掃鎳基合金表面的水。
根據(jù)本領(lǐng)域常識(shí)，在本發(fā)明表面鈍化處理的反應(yīng)體系中，不會(huì)有可與鎳基合金或氟氬混合氣反應(yīng)的雜質(zhì)，比如水或氧氣等；較佳地，在表面鈍化處理前，使用稀有氣體參考本領(lǐng)域常規(guī)方法清掃反應(yīng)體系里的雜質(zhì)；上述的稀有氣體為本領(lǐng)域常規(guī)使用的稀有氣體，一般是指為在表面鈍化處理過(guò)程中不發(fā)生反應(yīng)的氣體，較佳地為氬氣。
本發(fā)明中，上述的氟氬混合氣中，氟氣體積分?jǐn)?shù)較佳地為5％～30％，比如為10％～20％。
本發(fā)明中，在上述的階段中，上述氟氬混合氣的流量較佳地為0.01L/min～0.1L/min，比如為0.05L/min；在其它階段中，上述氟氬混合氣的流量較佳地為0.01L/min～0.3L/min，比如為0.1L/min～0.2L/min；在上述第三階段中，上述氟氬混合氣的流量較佳地為0.01L/min～0.2L/min，比如為0.1L/min；在上述第四階段中，上述氟氬混合氣的流量較佳地為0.01L/min～0.1L/min，比如為0.05L/min。
本發(fā)明提供的鎳基合金的表面鈍化處理辦法，適用于鎳基合金制造的各種部件，比如反應(yīng)罐、管道和螺釘?shù)�，但不限于此；本發(fā)明提供的表面鈍化處理辦法也適用于各種形態(tài)的鎳基合金，比如鎳基合金的各種板材、線纜和管材等。
在不違背本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳案例。
本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：選用本發(fā)明提供的鎳基合金表面鈍化處理辦法，在鎳基合金表層獲得了金黃色鈍化層；該鈍化層附著力好、勻稱(chēng)且致密，可在常溫至600℃下耐受氟氣、氟化氫等強(qiáng)腐蝕性氣體，增加了鎳基合金材料的抗腐蝕性，進(jìn)而延長(zhǎng)了鎳基合金材料的使用壽命。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例的方式進(jìn)一步表明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在上述的實(shí)施例范圍當(dāng)中。以下實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說(shuō)明書(shū)挑選。
實(shí)施例
將鎳基合金反應(yīng)罐用0.5mol/LHNO3-5％NaCl溶液進(jìn)行酸洗，然后進(jìn)行水洗，接著將其置于90℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干1h。用高純氬氣置換反應(yīng)釜內(nèi)氣體，按照以下鈍化處理方案1進(jìn)行鎳基合金反應(yīng)罐的鈍化處理。
鈍化處理方案1如下所示：
1: 將鎳基合金反應(yīng)罐加熱至100℃，期間按照流量為0.01L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為30％的F2/Ar混合氣；
2：將鎳基合金反應(yīng)罐由100℃加熱至350℃，期間按照流量為0.2L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為30％的F2/Ar混合氣；
3：將鎳基合金反應(yīng)罐在350℃下恒溫3h，期間按照流量為0.1L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為30％的F2/Ar混合氣；
4：將鎳基合金反應(yīng)罐由350℃自然冷卻至室溫，期間按照流量為0.01L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為30％的F2/Ar混合氣。
鈍化后鎳基合金反應(yīng)罐表層構(gòu)成了一層勻稱(chēng)、致密的金黃色鈍化層，用該反應(yīng)罐在KF-ZrF4-UF4熔鹽體系中，500℃下通入氟氣進(jìn)行氟化反應(yīng)，結(jié)果鈍化層未與鎳基合金表層分離脫落，反應(yīng)罐未被腐蝕。
實(shí)施例2
將鎳基合金反應(yīng)罐用1.0mol/LHNO3-5％NaCl溶液進(jìn)行酸洗，然后進(jìn)行水洗，接著將其置于100℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干5h。用高純氬氣置換反應(yīng)釜內(nèi)氣體，按照以下鈍化處理方案2進(jìn)行鎳基合金反應(yīng)罐鈍化處理。
鈍化處理方案2如下所示：
1: 將鎳基合金反應(yīng)罐加熱至130℃，期間按照流量為0.05L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為20％的F2/Ar混合氣；
2：將鎳基合金反應(yīng)罐由100℃加熱至400℃，期間按照流量為0.1L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為20％的F2/Ar混合氣；
3：將鎳基合金反應(yīng)罐在400℃下恒溫6h，期間按照流量為0.2L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為20％的F2/Ar混合氣；
4: 將鎳基合金反應(yīng)罐由400℃自然到鎳基合金的表面處理方法室溫，期間按照流量為0.05L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為20％的F2/Ar混合氣。
鈍化后鎳基合金反應(yīng)罐表層構(gòu)成了一層勻稱(chēng)、致密的金黃色鈍化層，用該反應(yīng)罐在FLiNaK-ZrF4-UF4熔鹽體系，通入氟氣550℃進(jìn)行氟化反應(yīng)，結(jié)果鈍化層未與鎳基合金表層分離脫落，反應(yīng)罐未被腐蝕。
實(shí)施例3
將鎳基合金反應(yīng)罐用1.5mol/LHNO3-5％NaCl溶液進(jìn)行酸洗，然后進(jìn)行水洗，接著將其置于110℃真空干燥箱中烘干10h。用高純氬氣置換反應(yīng)釜內(nèi)氣體，按照以下鈍化處理方案3進(jìn)行鎳基合金反應(yīng)罐鈍化處理。
鈍化處理方案3如下所示：
1;將鎳基合金反應(yīng)罐加熱至150℃，期間按照流量為0.1L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為5％的F2/Ar混合氣；
2;將鎳基合金反應(yīng)罐由150℃加熱至500℃，期間按照流量為0.3L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為5％的F2/Ar混合氣；
3;將鎳基合金反應(yīng)罐在500℃下恒溫5h，期間按照流量為0.2L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為5％的F2/Ar混合氣；
4;將鎳基合金反應(yīng)罐由400℃自然冷卻至室溫，期間按照流量為0.1L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為5％的F2/Ar混合氣。
鈍化后鎳基合金反應(yīng)罐表層構(gòu)成了一層勻稱(chēng)、致密的金黃色鈍化層，用該反應(yīng)罐在FLiNaK-UF4熔鹽體系，通入氟氣550℃進(jìn)行氟化反應(yīng)，結(jié)果鈍化層未與鎳基合金表層分離脫落，反應(yīng)罐未被腐蝕。
實(shí)施例4
將鎳基合金反應(yīng)罐用砂紙打磨后進(jìn)行水洗，隨后將其置于100℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干8h。用高純氬氣置換反應(yīng)釜內(nèi)氣體，按照以下方案4進(jìn)行鎳基合金反應(yīng)罐鈍化。
鈍化處理方案4如下所
1;將鎳基合金反應(yīng)罐加熱至100℃，期間按照流量為0.1L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為10％的F2/Ar混合氣；
2:將鎳基合金反應(yīng)罐由100℃加熱至550℃，期間按照流量為0.01L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為10％的F2/Ar混合氣；
3:將鎳基合金反應(yīng)罐在550℃下恒溫4h，期間按照流量為0.01L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為10％的F2/Ar混合氣；
4:將鎳基合金反應(yīng)罐由550℃自然冷卻至室溫，期間按照流量為0.05L/min通入氟氣體積分?jǐn)?shù)為10％的F2/Ar混合氣。
鈍化后鎳基合金反應(yīng)罐表層構(gòu)成了一層勻稱(chēng)、致密的金黃色鈍化層，用該反應(yīng)罐在FLiNaK-ThF4-UF4熔鹽體系，通入氟氣600℃進(jìn)行氟化反應(yīng)，結(jié)果鈍化層未與鎳基合金表層分離脫落，反應(yīng)罐未被腐蝕。
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