本技术领域涉及一种防护涂层及其制备方法,特别是一种能承受铅铋磨蚀的涂层。该涂层通过调整氮气流量,形成由CrN、Cr2N和Cr相组成的周期性循环梯度结构,底部为Cr层,中间为CrXN层,顶部为CrN层。CrXN层含45~99%的Cr和50~55%的N,厚度为0.2~0.4μm。利用CrN陶瓷涂层的特性,通过精确控制氮气流量,获得高体积分数的陶瓷相层状结构,保持高韧性和硬度,使其在高温铅铋磨蚀环境下表现出色。
背景技术
铅铋共晶合金(LBE)这种液态重金属是快中子反应堆设计的候选主冷却剂和溅射靶,因其出色的中子、热水力和热物性能。已被选为第四代(Gen-IV)技术路线图中六种反应堆概念之一。同时,LBE具有较高的沸点(>1600°C,高于钢的熔点),并且不与空气或水发生强烈的化学反应,因此简化了核反应堆结构,并防止了其他反应堆设计中固有的许多事故类型,赋予了第四代液态LBE堆固有的安全性。但为保证第四代核反应堆的安全、稳定运行,对堆中结构材料也提出了更高的要求。原因在于LBE对传统结构材料中的一些主要元素具有高溶解度,使得传统结构材料在LBE环境中发生快速腐蚀进而失效。同时,重金属的LBE在结构材料表面的循环流动也对结构材料发生磨损现象,堆内的一些其他组件上剥落下来的材料也可能作为磨粒加入LBE和结构材料之间的摩擦系统,进而形成磨粒磨损的摩擦环境,进一步加速结构材料的失效。
在这种情况下,科学界提出在现有结构材料表面沉积一层致密的涂层作为防护LBE腐蚀和磨损结构材料基底的屏障。CrN相陶瓷涂层因其对LBE惰性、优异抗辐照性能和高温稳定性、高硬度及成熟的制备工艺是一种理想的候选涂层材料。但陶瓷材料的固有脆性使其与软金属的弹塑性不匹配,很容易在高应力环境中发生失效。基于此,本发明设计了一种全新的涂层结构,有效提高了CrN涂层与软金属基底的弹塑性匹配,同时保有高硬度、高耐磨性能以及抗LBE腐蚀的性质。
实现思路