耐辐照红外辐射涂层、制备方法和制品

技术领域

本公开涉及核反应领域，尤其涉及一种耐辐照红外辐射涂层、制备方法和制品。

背景技术

高发射率涂层是一种具有全法向高辐射率的涂层。该涂层能吸收热辐射并发射大量红外线，故又称为红外辐射涂层。在空间核反应堆中，红外辐射涂层的作用主要有两个：第一是利用其良好的热辐射特性将核反应堆的废热排放在空间环境；第二是在进行地面试验时模拟太空环境。但是，由于空间核反应堆中存在大量的强γ射线和中子辐照，因此需要红外辐射涂层具有良好的耐辐照性能，在强γ和中子环境下仍然具备高发射率。

发明内容

在一个方面，提供一种用于空间核反应堆的耐辐照红外辐射涂层，所述涂层的化学成分按质量百分比包括：Cr

在另一方面，提供一种用于空间核反应堆的耐辐照红外辐射涂层的制备方法，包括以下步骤：将原料粉末按比例混合后进行焙烧，然后采用等离子喷涂工艺进行涂层制备，其中，所述原料粉末包括按下述质量百分比配料的粉末：Cr

在另一方面，提供一种包括涂层的制品，所述制品包括：基体；如上所述的耐辐照红外辐射涂层；以及粘结底层，其中，所述粘结底层设置于所述基体与所述涂层之间。

附图说明

通过下文中参照附图对本公开所作的描述，本公开的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本公开有全面的理解。

图1是根据本公开实施例的耐辐照红外辐射涂层的工作原理示意图；

图2是根据本公开实施例的用于空间核反应堆的耐辐照红外辐射涂层的制备及试验流程图；

图3是根据本公开实施例的测试装置示意图；

图4(a)是根据本公开实施例1的耐辐照红外辐射涂层在辐照前的外观图；以及

图4(b)是根据本公开实施例1的耐辐照红外辐射涂层在辐照后的外观图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本领域普通技术人员所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

在本文中，除非另有特别说明，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等方向性术语用于表示基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作。需要理解的是，当被描述对象的绝对位置改变后，则它们表示的相对位置关系也可能相应地改变。因此，这些方向性术语不能理解为对本公开的限制。

红外辐射材料的辐射特性取决于材料的温度和发射率，其中发射率是红外辐射材料的重要特征值。常用的发射率较高的红外辐射材料有碳、碳化物、氧化物、硅化物及镍铬尖晶石等。红外辐射涂层应用于空间核反应堆的作用主要有两个：第一是利用其良好的热辐射特性将核反应堆的废热排放在空间环境；第二是在进行地面试验时模拟太空环境。

本公开的实施例提供一种用于空间核反应堆的耐辐照红外辐射涂层，所述涂层的化学成分按质量百分比包括：Cr

在本公开的实施例中，所述涂层的厚度为60-100μm，该涂层厚度可以平衡涂层的耐辐照性能和涂层与基体的结合强度，以便于在反应堆中发挥涂层的最大性能。

在本公开的实施例中，所述涂层的热辐射系数为0.87-0.92，能够满足特种空间核反应堆对高发射率的实际需求。

在本公开的实施例中，所述涂层的密度≥90％TD。

在本公开的实施例中，所述辐照包括γ辐照和中子辐照。

需要说明的是，空间核反应堆中存在大量的射线，其中，γ辐照和中子辐照是对红外辐射涂层影响较大的两种射线，因此在本公开实施例中的辐照主要包括γ辐照和中子辐照。

本公开的实施例还提供一种用于空间核反应堆的耐辐照红外辐射涂层的制备方法，包括以下步骤：将原料粉末按比例混合后进行焙烧，然后采用等离子喷涂工艺进行涂层制备，其中，所述原料粉末包括按下述质量百分比配料的粉末：Cr

需要说明的是，等离子喷涂在使用前需要对基体表面进行喷砂处理和预热处理，喷砂有助于提高基体表面粗糙度并起到清洁的作用，可以提高基体与涂层之间的结合强度，预热可以有效减少涂层的开裂和脱落，具体喷砂处理和预热处理的参数可根据实际情况选择，本公开实施例对比不做限定。

在本公开的实施例中，所述焙烧温度为1000-1300℃，升温速率为3℃/min，保温时间为10-30分钟。

本公开的实施例还提供一种包括涂层的制品，所述制品包括：基体；如上所述的耐辐照红外辐射涂层；以及粘结底层，其中，所述粘结底层设置于所述基体与所述涂层之间。基体可根据实际情况，根据实际需要在反应堆内的不同位置喷涂涂层时，可对应选择不同的基体。本公开实施例对此不做限定。

在本公开的实施例中，所述耐辐照红外辐射涂层与基体的结合力强度≥8MPa。

在本公开实施例中，所述涂层的粘结底层厚度为10-15μm。

需要说明的是，由于基体与耐辐照红外辐射涂层在化学键、晶体结构和热物理性能等方面差异较大，为了提高基体与涂层之间的结合强度，同时缓解两者之间的物理性能差别，需要在基体上先喷涂一层粘结底层。所述粘结底层的成分可以根据基体和涂层的成分进行选择。本公开实施例对粘结底层的种类不做限定。

图1是根据本公开实施例的耐辐照红外辐射涂层的工作原理示意图。

如图1所示，空间核反应堆4在运行过程中会产生大量的废热，耐辐照红外辐射涂层1利用其良好的热辐射特性将核反应堆的废热排放在空间环境。同时，为了提高耐辐照红外辐射涂层1与基体3之间的结合强度，在二者制备了粘结底层2作为过渡。

图2示意性示出了根据本公开实施例的用于空间核反应堆的耐辐照红外辐射涂层的制备及试验流程图。

如图2所示，在本公开实施例中，耐辐照红外辐射涂层的制备及试验需要先确定涂层的成分，并选定制备涂层的工艺，然后制备需要入堆辐照的涂层样品。接着需要根据空间核反应堆的实际需要，确定辐照方案，并设计对应的辐照装置以方便将样品送入堆内进行辐照。在辐照结束后需要对辐照后的样品进行测试分析，以确定其在辐照前后性能的变化。由于辐照后样品的感生放射性较强，需要建立专门的测试装置。

图3是根据本公开实施例的测试装置示意图。

如图3所示，当需要将涂层样品送入反应堆进行辐照实验时，需要先使测试装置的对中装置10对准反应堆的工艺孔，转动旋转屏蔽塞9，打开开口。接上推杆5和机械手6，将涂层样品放入样品盒7中，向前推动样品盒，使之进入反应堆内。使用机械手6将涂层样品放入指定位置，以对涂层样品进行γ辐照和中子辐照。辐照完毕后，使用机械手6将涂层样品放回样品盒7，收回推杆5，使样品盒7回到铅罐8内，关闭旋转屏蔽塞9，然后将样品放入隔离室进行测试。

下面将结合实施例及相关实验，对本申请的耐辐照红外辐射涂层的耐辐照性能进行详细说明。

实施例1

在本实施例中，等离子喷涂涂层厚度60μm，辐照前的热辐射系数：0.9102，结合力强度：12.6MPa。

辐照实验参数：快中子(＞0.1Mev)注量6.87E+18n/cm

辐照后检测如下：

(1)外观检查：辐照前后外观无明显变化。

图4(a)是根据本公开实施例1的耐辐照红外辐射涂层在辐照前的外观图。图4(b)是根据本公开实施例1的耐辐照红外辐射涂层在辐照后的外观图。

如图4(a)和(b)所示，可以看到辐照前后涂层的外观无明显变化，说明制备的红外辐射涂层的耐辐照性能较好，辐照没有在涂层表面造成明显破坏。

(2)热辐射系数检查：采用傅里叶变换红外光谱仪对辐照后的样品进行了热辐射系数检查，辐照后涂层的热辐射系数在0.87-0.92范围内，检测结果满足设计要求。

(3)结合力强度：采用附着力测量专用设备Posi Test AT-A对辐照后样品的涂层附着力进行了检查，辐照后涂层与基体的结合力强度≥8MPa，结果满足设计要求。

实施例2

在本实施例中，等离子喷涂涂层厚度100μm，辐照前的热辐射系数：0.8905，结合力强度：18.6MPa。

辐照实验参数：快中子(＞0.1Mev)注量1.14E+19n/cm

辐照后检测如下：

(1)外观检查：辐照前后外观无明显变化。

(2)热辐射系数检查：采用傅里叶变换红外光谱仪对辐照后的样品进行了热辐射系数检查，辐照后涂层的热辐射系数在0.87-0.92范围内，检测结果满足设计要求。

(3)结合力强度：采用附着力测量专用设备Posi Test AT-A对辐照后样品的涂层附着力进行了检查，辐照后涂层与基体的结合力强度≥8MPa，结果满足设计要求。

根据以上描述，本公开实施例的耐辐照涂层具有良好的耐辐照性能，在强γ和中子环境下仍然具备高发射率。

虽然根据本公开总体技术构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本公开总体技术构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。