Zr合金表面电沉积Ni/Cr涂层的高温氧化行为研究

作     者：朱利安 袁伟超 王淑祥 王震 叶益聪 白书欣 

作者机构：国防科技大学空天科学学院 

出 版 物：《稀有金属材料与工程》 (Rare Metal Materials and Engineering)

年 卷 期：2024年第53卷第10期

页      面：2805-2822页

核心收录：

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

基　　金：湖南省青年人才支持计划(2020RC3034) 

主　　题：耐事故燃料包壳 Cr涂层 Zr合金 电沉积 氧化 

摘      要：在核反应堆堆芯核燃料包壳中，用锆（Zr）合金表面包覆Cr涂层被认为是短期内最有可能投入商业应用的技术。熔盐电沉积技术有望解决包壳Zr合金表面高质量Cr涂层的高效低成本制备难题。本研究采用水溶液电沉积和熔盐电沉积方法依次在Zr合金基体表面制备Ni过渡层和Cr涂层，对制备得到的Zr/Ni/Cr试样进行组织结构表征、结合力和纳米硬度测试及高温氧化行为研究。结果表明，Zr合金表面的Ni/Cr涂层均匀致密，与基体间的结合力约为151 N。Zr/Ni/Cr从内到外各层的硬度和弹性模量均逐渐升高，呈准梯度过渡。其中Cr涂层的表面粗糙度约为2μm，硬度和弹性模量分别为2.86 GPa和172.86 GPa。Zr/Ni/Cr试样在1000和1200℃高温蒸汽氧化过程中分别表现出近抛物线和近线性规律，表明Ni/Cr涂层能够在1000℃下对Zr合金基体起到良好的保护效果。Zr合金表面Ni/Cr涂层的高温氧化失效机制与Ni过渡层的快速扩散、Cr层的氧化和扩散消耗以及Zr沿Cr晶界快速扩散导致的Cr层性能弱化密切相关。