锆表面微弧氧化膜1000~1200℃高温蒸汽氧化行为研究

作     者：王兴平 廖燚钊 关浩浩 高川力 朱明浩 金小越 徐驰 杜建成 薛文斌 WANG Xing-ping;LIAO Yi-zhao;GUAN Hao-hao;GAO Chuan-li;ZHU Ming-hao;JIN Xiao-yue;XU Chi;DU Jian-cheng;XUE Wen-bin

作者机构：北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点试验室北京100875 北京市辐射中心北京100875 国防科技工业核材料技术创新中心北京102413 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2021年第50卷第6期

页      面：23-31,40页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：核材料创新基金(ICNM-2020-YZ-04) 北京市自然科学基金(2172029) 国家自然科学基金项目(51671032) 北科院改革与发展项目(13001-2107) 

主　　题：纯锆 微弧氧化 高温蒸汽氧化 氧化动力学 吸氢 

摘      要：目的研究微弧氧化表面处理对纯锆高温蒸汽氧化行为影响。方法采用微弧氧化技术(MAO)在磷酸盐电解液中纯锆表面制备厚约2.5μm的陶瓷膜,再利用热重分析仪(TGA)测量它们在1000~1200℃蒸汽环境中的氧化性能,并分析蒸汽氧化前后氧化膜的微观结构、物相组成。用辉光放电谱仪(GDOES)分析蒸汽氧化前后锆基体及微弧氧化样品Zr、O、P、Na、C、H元素的成分深度分布。结果锆基体及微弧氧化膜加速氧化动力学转变温度约为600℃。在1000℃蒸汽中,微弧氧化处理的纯锆样品氧化增重低于锆基体。蒸汽温度达到1100℃以上时,锆基体和微弧氧化膜的氧化增重曲线几乎重合。蒸汽氧化初期氧原子快速扩散至β-Zr中,当较厚α-Zr(O)层和ZrO_(2)层形成后,氧化速率主要取决于氧在α-Zr(O)层中的扩散速率,而且氧化锆层阻挡了氢扩散进入锆基体。高温蒸汽氧化后,纯锆表面氧化层主要由单斜氧化锆(M-ZrO_(2))相和少量的四方氧化锆(T-ZrO_(2))相组成。结论在1000℃以下,微弧氧化膜增强了锆基体的抗蒸汽氧化能力,但1100℃以上没有保护作用。