C-Al基復(fù)合材料表面陽極氧化膜的制備方法及其制備的氧化膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，尤其是B4C-Al基復(fù)合材料表面保護(hù)膜制備領(lǐng)域，具體為一種B4C-Al基復(fù)合材料表面陽極氧化膜的制備方法及其制備的氧化膜。采用本發(fā)明能夠在B4C-Al基復(fù)合材料表面制備耐腐蝕保護(hù)層，具有較好的效果。
【背景技術(shù)】
[0002]在人類社會(huì)快速發(fā)展的今天，隨著石化資源的日益枯竭，安全可靠的核能源變得越來越重要，而核電領(lǐng)域?qū)椛淦帘尾牧系木C合性能要求也越來越嚴(yán)格。因此，輻射屏蔽材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)/功能一體化備受關(guān)注。
[0003]B4C-Al基復(fù)合材料結(jié)合了 Al和B4C的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的熱中子吸收性能和機(jī)械力學(xué)性能，是很好的結(jié)構(gòu)功能一體化材料，可作為輻射屏蔽材料，能用作乏燃料貯存格架材料。在乏燃料的濕法貯存中，采用B4C-Al基復(fù)合材料作為格架材料，能有效增加乏燃料貯存水池的貯存系數(shù)，提高貯存水池的抗輻照性能和抗腐蝕性能，降低水池的建造成本，提高貯存過程中的安全可靠性。
[0004]對(duì)匕(:41基復(fù)合材料在不同硼酸溶液中腐蝕研究的初步結(jié)果表明:溶液硼酸濃度越高，B4C-Al基復(fù)合材料的腐蝕速率越大，抗腐蝕性能越差。乏燃料貯存水池的典型水質(zhì)環(huán)境包括:沸水堆(BWR)、壓水堆(PWR)。其中，沸水堆(BWR)乏燃料貯存環(huán)境為去離子水溶液，因而采用B4C-Al基復(fù)合材料制作貯存水池時(shí)，具有良好的抗腐蝕性能；而壓水堆(PWR)乏燃料貯存環(huán)境中，硼酸濃度較高，將B4C-Al基復(fù)合材料用于貯存水池時(shí)，B4C-Al基復(fù)合材料的抗腐蝕性能較差，需要對(duì)其進(jìn)行表面保護(hù)處理。目前，較為有名的乏燃料貯存格架產(chǎn)品包括美國HOLTEC公司的METAMIC產(chǎn)品及有包套覆蓋的美國Boral產(chǎn)品。METAMIC產(chǎn)品采用AA6061作為金屬基體，B4C含量為15￥七％和31wt%，已經(jīng)在美國阿肯色州的核反應(yīng)堆I號(hào)單元作為乏燃料貯存格架的中子吸收材料得到應(yīng)用。然而，其表面耐硼酸腐蝕的相關(guān)技術(shù)并未公開。
[0005]近年來，有關(guān)鋁基復(fù)合材料防護(hù)的報(bào)道不斷增加，但防護(hù)方法多模仿鋁合金，比較有效的防護(hù)措施包括:陽極氧化、化學(xué)鈍化、施加有機(jī)涂層等。其中，采用陽極氧化膜防腐蝕是較為常用的方法。目前，有關(guān)B4C-Al基顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的陽極氧化研究，國內(nèi)外尚無文獻(xiàn)報(bào)道，顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的陽極氧化研究，主要集中于SiC-Al基顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料上。南加利福尼亞大學(xué)的C.CHEN等(參考文獻(xiàn):C.CHEN, F.MANSFELD.CORROS1NPROTECT1N OF AN Al 6092/SiCp METAL MATRIX COMPOSITE, Corros1n Science, 1997，39 (6): 1075-1082.)通過制備Ce-Mo轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化后熱水封孔、陽極氧化后硝酸鈰封孔和陽極氧化后重鉻酸鹽封孔等方法，在Al 6092/SiC金屬基復(fù)合材料表面制備耐腐蝕膜，并通過電化學(xué)阻抗譜考察其耐腐蝕性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn):只有陽極氧化后重鉻酸鹽封孔的樣品腐蝕阻抗顯著增加。布法羅紐約州立大學(xué)的JIANGYUAN HOU等(參考文獻(xiàn)JIANGYUANHOUj D.D.L.CHUNG.Corros1n protect1n of aluminium-matrix aluminium nitrideand silicon carbide composites by anodizat1n, JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE,1997，(32):3113-3121.)通過陽極氧化的方法在Al/SiC和A1/A1N復(fù)合材料表面制備了陽極氧化膜，陽極氧化后，復(fù)合材料的耐腐蝕性能高于純鋁，但低于陽極氧化后的純鋁。H.Herrera-Hernandez 等(參考文南犬:H.Herrera-Hernandez, J.R.Vargas-Garcia, J.Μ.Hallen-Lopez , F.Mansfeld.Evaluat1n of different sealing methods for anodizedaluminum-siIicon carbide (Al/SiC) composites using EIS and SEM techniques.Materials and Corros1n, 2007, 58, (11): 825-832.)研究了不同的封孔方法對(duì)陽極氧化Al/SiC復(fù)合材料耐腐蝕性能的影響，發(fā)現(xiàn)由于SiC顆粒破壞了膜的連續(xù)性，常規(guī)的熱水封孔方法不能為復(fù)合材料提供足夠的腐蝕保護(hù)，但是鎳鹽封孔和聚氨酯封孔可以獲得較好的耐腐蝕效果。白蕓等(白蕓，韓恩厚，譚若兵.SiCp/2024Al復(fù)合材料的陽極氧化研究，材料保護(hù)，2006，39 (3): 14-16.)通過用電化學(xué)方法、浸泡試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)研究了SiCp/2024Al復(fù)合材料及相應(yīng)的施加陽極氧化保護(hù)試樣在3.5%NaCl溶液中的腐蝕行為，發(fā)現(xiàn)雖然SiC顆粒的存在影響了阻擋層的連續(xù)性，但多孔層仍能在電解質(zhì)/材料界面不斷生成，并且多孔層上的孔隙可以在封孔過程中得以閉合。鄒松華(參考文獻(xiàn):鄒松華.SiCp / LY12顆粒型增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料陽極氧化工藝.航天制造技術(shù)，2003(5): 16-19.)在SiCp / LY12復(fù)合材料表面制備陽極氧化膜，鹽霧腐蝕試驗(yàn)表明，該氧化膜具有較好的抗腐蝕性能，然而該方法采用乙酸鎳溶液配方，容易產(chǎn)生掛灰現(xiàn)象。
[0006]然而，上述文獻(xiàn)報(bào)道的陽極氧化膜均不是在B4C-Al基復(fù)合材料表面進(jìn)行，腐蝕測(cè)試結(jié)果雖表明陽極氧化后樣品抗腐蝕性能提高，但測(cè)試方法、測(cè)試介質(zhì)均不是在硼酸溶液中，所使用的陽極氧化方法無法適用于乏燃料貯存格架。
[0007]因此，迫切需要一種新的方法，以改善B4C-Al基材料表面抗腐蝕性能，滿足乏燃料貯存格架在壓水堆貯存環(huán)境中的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對(duì)目前現(xiàn)有的B4C-Al基復(fù)合材料用作壓水堆貯存格架材料耐腐蝕性能不足的問題，提供一種B4C-Al基復(fù)合材料表面陽極氧化膜的制備方法及其制備的氧化膜。采用本發(fā)明制備的陽極氧化膜具有較好的耐腐蝕性能，能夠有效提高乏燃料貯存格架在壓水堆貯存環(huán)境中抗腐蝕性能。經(jīng)測(cè)定，本發(fā)明制備的陽極氧化膜與美國METAMIC產(chǎn)品在同一硼酸溶液中進(jìn)行1600h的浸泡腐蝕試驗(yàn)，耐腐蝕性能優(yōu)于METAMIC產(chǎn)品。同時(shí)，本發(fā)明操作方便，流程短，能夠直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，滿足B4C-Al基復(fù)合材料工件表面陽極氧化膜大規(guī)模、批量化生產(chǎn)的需要，具有較好的應(yīng)用前景。同時(shí)，本發(fā)明的陽極氧化膜制備方法克服了已有復(fù)合材料陽極氧化技術(shù)中封孔質(zhì)量不佳、容易掛灰等缺點(diǎn)，制備的陽極氧化膜具有較好的表面性能。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
B4C-Al基復(fù)合材料表面陽極氧化膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)配制第一溶液
將乙酸鎳、磷酸鈉分別加入去離子水中，快速攪拌，配制成第一溶液，靜置備用；
(2)陽極氧化
將去污除雜質(zhì)的B4C-Al基復(fù)合材料工件進(jìn)行陽極氧化，得陽極氧化工件； (3)—次封孔
將步驟2的陽極氧化工件放入第一溶液中浸泡15~20min，控制溫度為90~95°C，浸泡完成后，采用去離子水清洗、烘干，得一次封孔工件；
(4)二次封孔
將一次封孔工件在濃度為55~65g/L的K2Cr2O7溶液中浸泡15