电弧离子镀制备耐事故包壳材料厚Cr涂层及高温抗氧化性能

• 作者: 张瑞谦 杨红艳 胡小刚 董闯 谷伟 陈大民 陈宝清
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: Cr涂层 厚膜 弧沉积 高温抗氧化 Zr-O通道 耐事故包壳材料
• 年，卷（期）: 2019,（2）
• 所属期刊栏目: 表面失效及防护
• 页码范围: 207-219
• 页数: 13页
• 分类号: TG174.4
• 字数: 6305字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.030

摘要

目的 在Zr-4包壳材料表面制备具有耐事故高温性能的抗氧化厚Cr涂层,保护Zr基体,以防止与高温水蒸汽反应.方法采用自主研发的φ155 mm大弧源电弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备约20μm的Cr涂层,通过X射线衍射仪(XRD)分析氧化前后的物相变化,通过扫描电子显微镜(SEM)和电子探针(EPMA)研究厚Cr涂层在不同温度下产生的多种缺陷,探究厚Cr涂层对Zr基体的防护机制.结果当涂层沉积速率>3μm/h,制备的Cr涂层均匀致密,结合力优异,具有柱状晶结构,可经受至少15.8％的形变量,其抗塑性形变能力优异.沉积Cr层样品经过1000、1100、1200℃氧化,保温1 h后快速冷却至室温,厚Cr涂层分化为CrOx层、Cr2O3层、残余Cr层和Cr-Zr扩散层.经受苛刻条件(1200℃/3600 s)测试,除保持连续性的氧化层外,在基体上仍残余良好结合的6.8μm Cr层.氧化层两次开裂阻止基体被进一步破坏.Cr-Zr扩散层是由Zr元素向Cr涂层方向渗透生长的.1200℃时,在基体近表面处产生的大尺寸隆起,是由于在近表面处韧性β-Zr(O)相转变为脆性α-Zr相,以及Cr偏聚贫Sn造成的.残余Cr层的柱状晶结构会形成Zr-O扩散通道,对涂层最后失效将起关键作用.结论Zr合金包壳材料镀覆20μm的Cr涂层具有充分的耐事故能力,在严苛的事故条件测试下,各缺陷均未能使Zr-4合金基体暴露,涂层能够形成有效壁垒,防止锆合金基体暴露造成核事故,阻止基体进一步被破坏.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	董闯	大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室	198	2023	23.0	34.0
2	陈宝清	大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室	10	26	3.0	4.0
3	张瑞谦		14	9	2.0	2.0
4	杨红艳		5	3	1.0	1.0
5	胡小刚	大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室	3	3	1.0	1.0
6	谷伟		1	2	1.0	1.0