C-Al基復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)領域】
[0001]本發(fā)明涉及材料領域，尤其是B4C-Al基復合材料表面保護膜制備領域，具體為一種B4C-Al基復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基復合材料表面制備耐腐蝕保護層，具有較好的效果。
【背景技術(shù)】
[0002]在人類社會快速發(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，而核電領域?qū)椛淦帘尾牧系木C合性能要求也越來越嚴格。因此，輻射屏蔽材料的優(yōu)化設計、結(jié)構(gòu)/功能一體化備受關(guān)注。
[0003]B4C-Al基復合材料結(jié)合了 Al和B4C的優(yōu)點，具有良好的熱中子吸收性能和機械力學性能，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]對匕(:41基復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基復合材料制作貯存水池時，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基復合材料用于貯存水池時，B4C-Al基復合材料的抗腐蝕性能較差，需要對其進行表面保護處理。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堆I號單元作為乏燃料貯存格架的中子吸收材料得到應用。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)鋁基復合材料防護的報道不斷增加，但防護方法多模仿鋁合金，比較有效的防護措施包括:陽極氧化、化學鈍化、施加有機涂層等。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基顆粒增強復合材料的陽極氧化研究，國內(nèi)外尚無文獻報道，顆粒增強鋁基復合材料的陽極氧化研究，主要集中于SiC-Al基顆粒增強復合材料上。南加利福尼亞大學的C.CHEN等(參考文獻: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金屬基復合材料表面制備耐腐蝕膜，并通過電化學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的JIANGYUAN HOU等(參考文獻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復合材料表面制備了陽極氧化膜，陽極氧化后，復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陽極氧化Al/SiC復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合材料提供足夠的腐蝕保護，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復合材料的陽極氧化研究，材料保護，2006，39 (3): 14-16.)通過用電化學方法、浸泡試驗和鹽霧試驗研究了SiCp/2024Al復合材料及相應的施加陽極氧化保護試樣在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:鄒松華.SiCp / LY12顆粒型增強鋁基復合材料陽極氧化工藝.航天制造技術(shù)，2003(5): 16-19.)在SiCp / LY12復合材料表面制備陽極氧化膜，鹽霧腐蝕試驗表明，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，上述文獻報道的陽極氧化膜均不是在B4C-Al基復合材料表面進行，腐蝕測試結(jié)果雖表明陽極氧化后樣品抗腐蝕性能提高，但測試方法、測試介質(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:針對目前現(xiàn)有的B4C-Al基復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行1600h的浸泡腐蝕試驗，耐腐蝕性能優(yōu)于METAMIC產(chǎn)品。同時，本發(fā)明操作方便，流程短，能夠直接應用于工業(yè)化生產(chǎn)，滿足B4C-Al基復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，具有較好的應用前景。同時，本發(fā)明的陽極氧化膜制備方法克服了已有復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，制備的陽極氧化膜具有較好的表面性能。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
B4C-Al基復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基復合材料工件進行陽極氧化，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