CN115667584B 通过低温固态冷喷涂粉末沉积制造纳米结构化且组成定制的管和部件的方法 （西屋电气有限责任公司）

2022.11.21PCT/US2021/0325762021.05.14WO2021/236461EN2021.11.25US10281227B1,2019.05.07US2019054526A1,2019.02.21通过低温固态冷喷涂粉末沉积制造纳米结本发明公开了一种用于制造具有多层结构2提供限定中空圆柱形内部空间的圆柱形心轴将所述第一冷喷涂粉末金属施加到所述圆柱形心轴基底的外表面以将所述第二冷喷涂粉末金属施加在所述第一层上以形成第二层，将所述第三冷喷涂粉末金属施加在所述第二层上以理包括熔化或煮沸以移除所述圆柱形心轴基16.如权利要求15所述的方法，其中所述圆柱形心轴基底由通过加热到其熔点以上而3[0002]本申请要求2020年5月19日提交的名称为“METHODSFORMANUFACTURINGNANOSTRUCTUREDANDCOMPOSITIONALLY_TAILOREDTUBESANDCOMPONENTSBYLOWTEMPERATURE,SOLID_STATECOLDSPRAYPOWDERDEPOSITION”的美国非临时申请序列号[0003]本公开大体上涉及用于制造纳米结构化且组成定制的管和部件的方法。更具体[0004]常规的熔化和铸造方法不适于制造氧化物弥散强化(ODS)钢，因为它们导致氧化钢)与氧化物纳米颗粒研磨以制成机械合金粉末。然后通过在低碳钢外壳中装罐使粉末固有中间退火处理112的进一步冷挤出110以引起重结晶。所有这些挤出步骤本质上是缓慢步骤可导致包壳管114的微观结构和性质均匀的微观结构和增强的性能的ODS钢包壳管。还需要将本公开中描述的基本原理应用于[0006]在一个方面，本公开提供了一种用于制造具有多层结构的独立式包壳管的方所述方法包括提供限定中空圆柱形内部空间的圆柱形心轴基底；选择第一冷喷涂粉末金4[0013]图2示出了根据本公开的至少一个方面的用于制造具有多层结构的独立式ODS钢[0014]图3为根据本公开的至少一个方面的使用图2所示的冷喷涂方法制造的具有多层ODS钢包壳管包括具有保护性外部涂层的ODS钢材料，该保护性外部涂层具有使用图2的冷ODS钢包壳管包括具有保护性外部涂层的ODS钢材料，该保护性外部涂层具有使用图2的冷[0017]图6为根据本公开的至少一个方面的通过气体雾化方法制备的ODS钢原料粉末的[0018]图7为根据本公开的至少一个方面的通过用图6的氧化物纳米颗粒对气体雾化粉末进行球磨而制备的ODS钢原料粉末的形态和尺寸的显[0019]图8为根据本公开的至少一个方面的通过对图7的球磨的气体雾化粉末进行低温研磨而制备的ODS钢原料粉末的形态和尺寸的显微[0020]图9为根据本公开的至少一个方面的使用图10中所示的冷喷涂方法制造具有多层低温固态冷喷涂粉末沉积制造纳米结构化且组成定制的管和部件的方法的各个方面之前，5[0025]氧化物弥散强化(ODS)钢由于其优异的高温强度和辐射稳定性，是用于第IV代核反应堆诸如铅快反应堆(LFR)、微型反应堆和潜在的化石厂锅炉管应用的良好包壳候选材尺度的不均匀性。制备抗氧化抗腐蚀涂层或内部扩散阻挡涂层的熔化和固化方法可导致ODS钢的基本纳米结构质量的损失。即使是高温、高压固态涂层处理也可能导致类似的效[0027]根据本公开的方面，低温固态冷喷涂方法被使用并且对于ODS钢管包壳中的纳米[0028]根据本公开的方面，由于消除多个处理步骤而使微观结构中的随机变化最小[0030]现在转向附图，图2示出了根据本公开的至少一个方面的使用冷(低温)喷涂方法到限定中空圆柱形内部空间204的圆柱形心轴基底202的表面上，同时圆柱形心轴基底2026心轴基底202的长度平移以将ODS钢层214沉积在内衬层210上的同时从粉末喷嘴206中喷射的向前方向上沿着圆柱形心轴基底202的长度平移以将外层218沉积在ODS钢层214上的同望厚度。外层218材料可包括在各种环境中为ODS钢层214提供抗腐蚀性和抗氧化性的粉末[0033]在将外层218沉积到期望厚度之后，通过取决于心轴材料的化学溶解方法或低温多层结构的独立式ODS钢包壳管230。在其他方面，冷喷涂方法200可用于制备独立式整体[0034]冷喷涂方法200可用于制备任何合适长度的独立式ODS钢包壳管230。可通过冷喷涂方法200制备的管的长度取决于圆柱形心轴基底202的长度和粉末喷嘴206的平移极限。涂层材料的物理和化学性质的热处理来退火。典型的退火方法涉及将独立式ODS钢包壳管7[0036]冷喷涂方法200中的重要变量包括推进气体、气体预热温度和压力，以及粉末形高度独特的溶解方法。在另一方面，心轴基底202可由可通过热处理移除的低熔点金属制[0038]图3为根据本公开的至少一个方面的使用图2所示的冷喷涂方法200制造的具有多[0039]组成刻度管(诸如独立式ODS钢包壳管230)可根据参考图2描述的冷喷涂方法2008此类反应可导致在界面处形成低熔点化合物。独立式ODS钢包壳管230的钒内层210是防止ODS钢包壳管230)可满足在恶劣环境中通常需中，并且将需要外层218涂层，其在预期使用独立式ODS钢包壳管230的高温下提供抗腐蚀通过气体雾化方法制备的ODS钢原料粉末402的显微照片视图400，图7为通过用图6中所示的氧化物纳米颗粒(例如，Y2O3)对气体雾化粉末402进行喷涂方法200制备的ODS钢包壳管230的性质将改变。图6中所示的钢原料粉末402的尺寸为[0045]参考图2描述的冷喷涂制造方法200可采用如图6至图8中所示的各种金属粉末类粉末进行后热处理)制备的各种类型的原料粉末来制备ODS钢包壳管230。粉末制造方法影[0046]图9为根据本公开的至少一个方面的使用图10中所示的冷喷涂方法600制造具有9616施加508到圆柱形心轴基底618的外表面。第一粉末金属层620的厚度可通过沿着圆柱形心轴基底的长度在前后方向上横穿粉末喷嘴604来改变直到实现第一粉末金属层的期望厚据方法500，确定510是否将不同的冷喷涂粉末层施加在先前的粉末金属层620上。如果管结构。溶解方法或低温热处理来移除514圆柱形心轴基底618，以产生独立式整体或多层管结构。本申请旨在涵盖本文中所讨论的实施方案的任何修文描述的实施例的任何一个或多于一个以及下文描述[0062]实施例10.如实施例9所述的方法，其中所述第三层的厚度选自1μm至100μm的范[0064]实施例12.如实施例11所述的方法，其中所述抗腐蚀/抗氧化材料包括铬或铬合[0066]实施例14.如实施例11至13中任[0068]实施例16.如实施例15所述的方法[0070]实施例18.如实施例17所述的方法，其