钢铁表面微弧氧化陶瓷层耐液态PB-Bi合金腐蚀性能研究

Corrosion behavior and performance of micro-arc oxidation ceramic layer produced on iron-based materials(carbon steel and austenitic stainless steel) surface will be investigated under liquid Pb-Bi alloy condition. TIG fusion-brazing technology is going to be applied to produce aluminum matrix intermediate layer with high bonding strength on the steel surface. After micro-arc oxidation treatment was done, good compactness ceramic layer will be formed at the surface of aluminum matrix intermediate layer. The chemical composition and phase morphology will be detected after fusion-brazing process was done, so that its influence on microstructure and combining properties changing at interface between steel and aluminum could be concluded. By optimizing the electrolytic liquid system and micro-arc oxidation process parameters, the mechanical properties and physical and chemical properties of ceramic layer will be analyzed according to microstructure and phase morphology changing in different types aluminum micro arc oxidation ceramic layer. Under high temperature (500 ~ 600℃) liquid Pb - Bi alloy corrosion condition, the microstructure, density, phase stability of micro arc oxidation ceramic layer will be studied to clarify its corrosion resistance in liquid PB - Bi alloy. This project aims to reveal the liquid PB - Bi alloy corrosion resistance of micro-arc oxidation layer on steel surface, and provide theory basis for the promotion of micro-arc oxidation technology application, and improve service life of nuclear engineering and its key components.

针对钢铁（碳钢及奥氏体不锈钢）表面微弧氧化陶瓷层耐液态PB-Bi合金腐蚀性能进行研究。采用TIG熔钎焊技术，获得与钢铁基体结合强度较高的铝基中间层，并通过微弧氧化处理，在铝基中间层表面形成致密性好的微弧氧化陶瓷膜层。研究熔钎焊过程中，铝基中间层化学成分、组织状态等变化对钢铝结合界面微观形态及结合性能的影响规律；通过优化电解液体系和微弧氧化工艺参数，阐明不同类型铝基微弧氧化陶瓷层的微观结构、物相形态变化对陶瓷层力学性能、物理化学性能的影响规律；通过高温（500~600℃）液态Pb-Bi合金腐蚀试验，研究在该环境下微弧氧化陶瓷层的微观结构、致密性、及物相稳定性等的变化规律，及其耐液态Pb-Bi合金腐蚀性能。本项目旨在揭示钢铁表面微弧氧化层在液态Pb-Bi合金中耐腐蚀性能的变化规律，为推广微弧氧化技术的应用，提高核工程等关键部件的使用寿命提供理论依据。

针对核反应堆循环回路中液态Pb-Bi对金属部件造成腐蚀的问题，通过微弧氧化方法在钢铁表面制备具有耐液态Pb-Bi腐蚀能力的陶瓷防护层，以提高核工程结构钢在液态Pb-Bi工作环境中的服役寿命。首先采用熔钎焊方法在Q235钢、316L钢表面制备出具有较高结合强度的铝基中间层；再通过微弧氧化处理，在铝基中间层表面形成了致密性良好的微弧氧化层；最后经过液态Pb-Bi腐蚀试验，研究了微弧氧化陶瓷层耐液态Pb-Bi腐蚀性能。.研究结果表明：（1）采用熔钎焊方法可以在Q235钢、316L钢表面制备出成形良好且具有一定结合强度的铝基中间层，铝基中间层的显微组织主要是α-Al固溶体，晶界处分布Al-Si共晶相；钢铝结合界面区化合物主要有FeAl3、Fe2Al5和Al-Fe-Si相等，且界面区化合物层的厚度随焊接热输入量的增加而增加，当化合物层的厚度控制在10μm以下时，钢铝界面可获得较高的结合强度。（2）不同成分的铝基中间层经微弧氧化后，在其表面生成了由γ-Al2O3相和α-Al2O3相组成的陶瓷层；微弧氧化层的厚度随着微弧氧化时间、电流密度、占空比等参数的增加而增加；当微弧氧化时间为30min、电流密度为10~15A/dm2、占空比为6~12%、脉冲频率为200~400Hz时，放电孔洞孔径尺寸细小，且氧化层厚度均匀、致密性好。（3）经微弧氧化处理的试样在350℃静态及低流速（<2m/s）液态Pb-Bi腐蚀条件下，表现出较好的耐腐蚀性能；致密的微弧氧化层显微组织结构稳定、没有发生变化，基体材料中没有Pb、Bi元素的渗透。.本项目研究了通过熔钎焊+微弧氧化方法在钢铁表面制备微弧氧化层的工艺，揭示了微弧氧化层在350℃静态及低流速液态Pb-Bi合金中的腐蚀行为，为推广微弧氧化技术在核工程领域的应用以及核反应堆部件表面强化技术的研究和发展提供理论基础和技术依据，对提高核工程等关键部件的使用寿命具有重要的理论意义和实际应用价值。