本发明涉及表面工程，具体涉及一种强中子吸收高耐蚀fe基非晶合金复合涂层。
背景技术：
1、近年来，核电因其高效、清洁而得到迅速发展。同时，核电站不可避免地会产生对人类和环境有害的乏燃料。因此，用于snf容器、格架和运输部件的高性能中子吸收材料对于乏燃料的安全贮存和中子临界控制是不可或缺的。湿法贮存是乏燃料贮存最常用的方法之一，一般是将从反应堆卸下的乏燃料装入中子吸收格架，然后放入含有硼酸溶液的水池中。鉴于湿法贮存环境恶劣(中子剂量约为5.8×1019n/cm2；硼酸(2000-2500ppm b)和微量cl-)，要求格架材料具有高中子吸收性能和高耐腐蚀性，以保证核安全。
2、含硼不锈钢具有良好的加工性和中子吸收性能，通常用于制造湿法贮存格架，但由于b元素在γ相中的固溶性低，奥氏体不锈钢中的b添加量受到限制。过量的b元素添加会导致金属间化合物在不锈钢中析出，从而降低其加工性和耐腐蚀性。因此，含硼不锈钢的中子吸收性能并不能令人满意。解决这一问题的一种行之有效的方法是在含硼不锈钢表面涂覆一层具有高中子吸收性能的特殊涂层，例如富含b元素的fe基非晶合金涂层。鉴于此，美国科学家farmer等人制备的sam2x5非晶合金涂层的中子吸收截面是含硼不锈钢的3.1倍，而且具有良好耐腐蚀性能，因此有望应用于乏燃料湿法贮存领域。然而，由于b元素的中子吸收截面有限，涂覆含b非晶合金涂层的含硼不锈钢复合材料的中子吸收性能仍不理想，无法满足乏燃料高密度贮存的需求。为进一步提高中子吸收性能，在非晶合金涂层中添加具有更大中子吸收截面的gd元素是一种很有前景的方法。
3、fe基非晶合金中添加gd元素通常有两种方法：第一种方法是合金化，但有研究表明在高cr含量的fe基非晶合金中，gd元素的添加可能会降低非晶合金的玻璃形成能力，导致结晶相析出并降低其耐腐蚀性。另一种方法是在涂层制备过程中将gd颗粒直接混合到fe基非晶合金粉末中而制备出fe基非晶合金复合涂层。这一方法操作简单方便，涂层中gd粒子含量可以通过混合粉末中的gd的相对含量来进行调节。尽管gd颗粒的电极电位较低，在腐蚀介质中可能会发生优先溶解，但其溶解后仍会将钝化能力较强的非晶合金暴露出来；若gd粒子的体积密度不是足够大时，不足以使其互相连续，很可能不会导致连续的腐蚀通道形成。因此通过调控fe基非晶合金涂层中gd粒子含量，有望保持fe基非晶合金涂层本身的高耐蚀性能，进而获得强中子吸收、高耐蚀的fe基非晶合金复合涂层，这对提高乏燃料湿法贮存的存储密度，保障乏燃料贮存安全具有重要意义。
技术实现思路
1、针对现在技术中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种强中子吸收及高耐蚀的fe基非晶合金复合涂层，本发明制备的复合涂层同时具有较高的非晶度、较低的孔隙率、优异的热中子吸收性能以及乏燃料贮存环境中优异的耐长期腐蚀性能。
2、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
3、一种强中子吸收高耐蚀fe基非晶合金复合涂层，其特征在于：该fe基非晶合金复合涂层由fe基非晶合金涂层和其内部均匀分布的金属gd粒子组成；该复合涂层为非晶-晶态复合结构、具有优异的热中子吸收性能，以及在乏燃料湿法贮存环境中优异的耐蚀性能。
4、所述的fe基非晶合金粉末的化学成分中cr元素含量≥18wt.％，也可以含有其它中子吸收元素，如b等；粉末粒径≤53μm。
5、所述的金属gd粉末可采用惰性气体雾化、惰性气体保护下机械破碎等方式获得；粉末粒径≤45μm，可以为微米或纳米粒度。
6、本发明fe基非晶合金复合涂层的制备过程如下：
7、(1)首先，将一定比例的fe基非晶合金粉末与金属gd粉末在氩气或氮气等惰性气体保护下，在混粉罐或其它密闭容器中均匀混合而获得混合粉体。该混合粉体作为待喷涂材料在惰性气体保护下短暂贮存，以保证gd粉末最低程度氧化。所述的fe基非晶合金粉末可以采用自研的粉末或满足要求的市售粉末；金属gd粉末亦可以采用真空包装或惰性气体保护的市售粉末。采用市售粉末可降低成本及提高本发明对原材料的普遍适应性。
8、(2)将混合后粉体作为喷涂材料，采用超音速火焰喷涂技术(hvof或hvaf)或冷喷涂技术，在硼钢、碳钢、或其它金属结构材料基体表面制备并获得fe基非晶合金复合涂层。
9、所制备的非晶合金复合涂层为非晶-晶态复合结构，复合涂层的xrd图谱中除金属gd的基体衍射峰外无明显的其它晶体衍射峰；复合涂层具有超高致密度，孔隙率≤0.5％；复合涂层的热中子宏观吸收截面≥30cm-1，远高于美国的sam2x5非晶合金涂层的(7.14cm-1)；在乏燃料湿法贮存环境中具有稳定的钝化行为及优异的耐长期腐蚀性能，涂层的低频阻抗模值30天后下降≤20％。
10、本发明非晶合金复合涂层为金属gd粒子复合的高cr含量fe基非晶合金涂层，涂层中gd粒子的质量分数为不大于4.8％，涂层中cr元素质量分数大于等于18％。利用热喷涂技术，将均匀混合的fe基非晶合金粉末与金属gd粉末，喷涂至硼钢或碳钢表面而获得非晶合金复合涂层。该复合涂层具有非晶复合结构、强中子吸收性能以及优异的耐蚀性能。
11、与现有的fe基非晶合金涂层相比，本发明有益效果如下：
12、(1)本发明中fe基非晶合金复合涂层内部gd粒子均匀分布，其热中子宏观吸收截面大于30cm-1，远高于美国的sam2x5非晶合金涂层的7.14cm-1。
13、(2)本发明中fe基非晶合金具有超高非晶度，cr含量大于18wt.％，可弥补涂层缺陷(孔隙及氧化)引起的贫铬区中cr元素不足；调控金属gd粒子添加量以保证gd粒子间没有互相连接，最终使涂层保持优异耐蚀性能。
14、(3)本发明中采用直接fe基非晶合金粉末和金属gd粉末的混合粉末作为喷涂材料，操作简单、方便，实用性强。
1.一种强中子吸收高耐蚀fe基非晶合金复合涂层，其特征在于：该fe基非晶合金复合涂层由fe基非晶合金涂层和其内部均匀分布的金属gd粒子组成；
2.根据权利要求1所述的强中子吸收高耐蚀fe基非晶合金复合涂层，其特征在于：所述复合涂层的xrd图谱中除金属gd的晶体衍射峰外，没有或有少量(晶体相的相对体积含量<10％)其它晶体衍射峰，结构为非晶态-晶态复合结构；
3.一种权利要求1或2所述的强中子吸收高耐蚀fe基非晶合金复合涂层的制备方法，其特征在于：该fe基复合涂层是以一定比例的fe基非晶合金粉末与金属gd粉末均匀混合后的混合粉末作为待喷涂材料，采用热喷涂技术将其喷涂至基体材料表面制备而成。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，fe基非晶合金粉末与金属gd粉末以一定比例均匀混合过程为：两种粉末在惰性气氛气体(氩气或氮气等中的一种或二种)保护下，在混粉罐或其它密闭容器中混合均匀后立即喷涂或在惰性气体保护下短暂贮存(≤5h)后喷涂，以保证gd粉末最低程度氧化。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：该fe基非晶合金粉末的化学成分中cr元素的原子含量应满足17％≤acr≤20％，也可以含有中子吸收元素b，其原子含量应满足0％≤ab≤15％，；粉末粒径应满足：15μm≤d非晶≤53μm(优选20μm≤d非晶≤45μm)。
6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：该金属gd粉末可采用惰性气氛气体雾化和/或惰性气氛气体(氩气或氮气等中的一种或二种)保护下机械破碎等方式获得；粉末粒径：15μm≤dgd≤53μm(优选15μm≤d非晶≤45μm)。
7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于：该热喷涂技术可为超音速火焰喷涂技术(hvaf或hvof)或冷喷涂技术；其喷涂条件分别为如下：
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：该基体材料可为硼钢、碳钢、或其它金属结构材料中的一种或二种以上。
9.一种权利要求1或2所述的强中子吸收高耐蚀fe基非晶合金复合涂层在乏燃料湿法贮存中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述的强中子吸收高耐蚀fe基非晶合金复合涂层可用于乏燃料湿法贮存设备或构件表面；
