Cr涂层Zr-4合金包壳的高温空气氧化/扩散行为

作者：李志平; 宋鹏; 张瑞谦; 李青

来源：表面技术, 2023, 52(09): 241-264.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.09.020

• 多弧离子镀
• Cr涂层
• Zr-4合金
• 抗氧化性
• 扩散

目的 在Zr合金包壳表面制备Cr涂层，以提高Zr合金包壳在事故环境下的抗高温氧化性能。方法 采用多弧离子镀技术在Zr-4合金包壳上制备约17μm的Cr涂层，通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)和电子探针(EPMA)等方法，分析试样氧化前后的相组成、微观形貌和扩散行为，并评估试样在1 100、1 200、1 300℃空气环境中氧化后的高温氧化性能。结果 沉积态Cr涂层显微结构致密均匀，(110)面有很强的织构。Cr涂层在高温空气中氧化60 min后，保持了涂层结构完整性。氧化后的Cr涂层Zr合金系统均为多层结构，包括外部Cr2O3层、中间Cr涂层、内部Cr-Zr扩散层和Zr合金基体。在涂层/基体界面上形成了具有Laves相的金属间ZrCr2扩散层，Zr Cr2层下方的区域出现了大量分散的沉淀相。在Cr-Zr中间层和Zr合金界面处的不对称原子扩散导致Kirkendall空位生成，空位的聚集和合并导致空穴的形核和生长。结论 Cr涂层表面形成了致密的Cr2O3层，提高了Zr-4合金的抗高温氧化性能。通过研究高温空气中Cr涂层Zr-4合金包壳材料的高温空气氧化/扩散行为，可为耐事故涂层的开发、制备和应用提供一定的理论指导和技术支持。

• 单位
  中国核动力研究设计院; 昆明理工大学