技术领域
[0001] 本发明属于防电位腐蚀技术领域，具体涉及一种用于核电站的抗腐蚀工件。
相关背景技术
[0002] 相关技术中，核电站专用鼓网的螺栓部位受海水侵蚀，容易出现电位腐蚀腐蚀，这将严重影响核电相关设备结构性能，对核电站安全造成危害。通常来讲，螺栓发生腐蚀的自然环境和工况无法改变，因此，亟需改善用于核电站的抗腐蚀工件的海水腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀问题。
具体实施方式
[0022] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0023] 图1是本公开示出的一种用于核电站的抗腐蚀工件剖面材料的局部示意图，图2是本公开示出的一种用于核电站的抗腐蚀工件剖面结构的局部意图，本公开的工件可以例如为金属材质的螺栓、螺杆或螺母等固定组件，本公开对工件的类型不做限定。如图1和图2所示，所述工件包括：工件基材以及附着在工件基材外表面的抗腐蚀复合膜层，所述抗腐蚀复合膜层按照由内到外的顺序依次包含金属杂化金刚石膜层和石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐层；
[0024] 所述金属杂化金刚石膜层按照由内到外的顺序依次包含钛氮化物层、铬铝氮化物层、金属碳化物杂化金刚石层、立体网状非晶态金刚石层，所述金属杂化金刚石膜层中，sp2键占比30‑40％，sp3键占比50‑60％，TiC占比15‑30％。本公开抗腐蚀复合膜层中各成分的占比均为质量比。
[0025] 举例来讲，可以在真空环境中设置包含钛、铬、铝铬合金的金属靶材，采用离化技术，利用电弧电流通过阴极材料时的高温高能量效应，将金属靶材的材料按顺序离子化并加速形成离子束喷射到工件表面，并沉积吸附于工件表面由内到外形成钛氮化物层、铬铝氮化物层、金属碳化物杂化金刚石，在这一过程中，电弧电流还通过等离子体放电使气体碳源分解生成各种含碳的中性或离子基团(如CH3、CH2、CH+、C2等)、原子氢(H)或离子氢(H+)，并在基片负偏压的作用下使含碳基团轰击、吸附在工件表面，原子氢对工件表面涂层结构中sp2键产生刻蚀作用，从而形成包含sp2键和sp3键的混杂结构的立体网状非晶态金刚石层，多层高离化金属杂化非晶态结构金刚石膜层厚度2.5‑3μm。
[0026] 可以采用浸涂工艺在金属杂化金刚石膜层外表面形成石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐层，所述石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐层包含混合形态的陶瓷复合改性环氧膜层以及石墨烯陶瓷复合改性环氧膜层，所述石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐材料中，改性石墨烯占比5‑8％，缓蚀剂占比1‑5％：纳米陶瓷复配物质占比15‑20％；防腐涂层基料占比50‑60％；固化剂占比5‑8％；所述纳米陶瓷复配物质中，三氧化二铝占比15‑20％、氧化硅占比50‑
60％、氧化锌占比5‑10％、六方氮化硼占比10‑20％、碳化硅占比10‑15％。
[0027] 本公开的金属杂化金刚石膜层包含了高度离化钛氮化物、铬铝氮化物杂化四面体非晶膜等，形成了将sp3、sp2键结合为主体，并混合有少量sp1键的远程无序立体网状多层高离化金属杂化非晶态结构金刚石膜层，该金属杂化金刚石膜层具有一系列优良的物理化学性能，如硬度高、摩擦系数小、化学性能稳定、热膨胀系数小、绝缘性好等，sp3结构的碳占比50‑60％，因此也可以称非晶金刚石膜。具有很高的硬度和优异的抗磨损性能，因而非常适合作承重工件。此外，该金属杂化金刚石膜层电阻率高，具有良好的绝缘性，在相关工程应用中电阻可以达到5MΩ·cm以上、介电常数大、击穿电压高，具有良好的化学稳定性，耐腐蚀(防酸、碱、盐)性能好，防止被酸、碱、盐溶液腐蚀。进一步地，本公开的石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐材料在纳米陶瓷防腐涂料中加入石墨烯防腐涂料鳞片，在涂料中交错排列形成了独特的“迷宫”式屏蔽结构。形成了具有高抗腐能力的涂料，并很大程度地提高金属的耐腐蚀能力。此外，除自身物理隔绝作用以外，石墨烯还通过改变组装来减少缺陷并形成致密保护层进一步提升其防渗透性能，使涂料在防护后期具备良好的耐腐蚀性能，还具有自润滑性能。
[0028] 这样，本公开创新性通过金属杂化金刚石膜层结合超薄膜层耐磨防腐绝缘一体工艺，在工件表面形成9元6层复合膜层，由此系统解决电位腐蚀问题，整体膜厚5μm内，实现了电位阻隔和防腐一体，解决孔隙腐蚀、小孔腐蚀引起电位腐蚀导致工件失效的问题。
[0029] 在一种可能的实现方式中，所述金属杂化金刚石膜层硬度达到30‑40GPa，等效于维氏硬度的2800‑4000，表面膜层硬度达到HV3000以上，损率为3.2×10‑18m3/(N·m)，附着力HF1。所述石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐层的硬度达到1000HV以上，附着力在8Mpa以上，摩擦系数为0.1‑0.12。所述石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐层厚度为5‑8μm。
[0030] 在工程实践中，诸如螺栓、螺母等紧固工件需要承受高扭矩力，故本公开在工件涂层设计时，使得涂层具备较高的耐磨性，本公开的抗腐蚀复合膜层中打底的金属杂化金刚石膜层，经测试硬度可以达到30‑40GPa，等效于维氏硬度的2800‑4000，金属杂化金刚石膜层表面硬度达到HV3000以上，损率为3.2×10‑18m3/(N·m)，附着力HF1，对封面材料石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐层进行测试，附着力在8Mpa以上，摩擦系数0.1‑0.12。完全满足螺栓现场安装大冲击力下不破坏涂层。
[0031] 此外，考虑到工件通过工具施工时可能存在将工件基体打变形和拉掉，鉴于此，本公开的金属杂化金刚石膜层和石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐层抗腐蚀复合膜层都具有很强的附着力，能够与其他防腐涂料具有很好的相容性，施工完成后，可以方便涂覆其他涂层进行结构件整体封闭。
[0032] 在一种可能的实现方式中，所述缓蚀剂中，钼酸钠占比50‑75％、钒酸钠占比20‑30％、聚吡咯占比30‑45％。需要说明的是，也可以根据需要选择其他种类的缓蚀剂，本公开对缓蚀剂的类型不做限定。
[0033] 在一种可能的实现方式中，所述防腐涂层基料中，环氧树脂占比40‑50％、环氧酯占比20‑40％、改性及固化用的合成树脂占比10‑20％。添加的复配纳米陶瓷粉末，掺杂优异环氧树脂涂料，这种结构可以大大提高涂层的致密度、韧性、硬度、耐冲击、附着力及耐腐蚀等性能。这种结构不仅延长了腐蚀介质的渗透时间，还改善了涂层内部气泡和裂纹问题。
[0034] 在一种可能的实现方式中，所述石墨烯复合改性纳米陶瓷防腐层还包括颜料和功能性助剂，所述颜料占比5％，所述功能性助剂占3‑5％。
[0035] 以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
