磁控溅射镀CrAlSiN涂层的抗高温水蒸气氧化性能

作者：刘海勇; 祝涵; 董悦; 葛芳芳^*; 黄峰; 舒杰

来源：表面技术, 2021, 50(03): 308-314.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.03.033

• Cr基涂层
• 事故容错性
• 抗高温水蒸气氧化
• 硬度
• Zr包壳
• 磁控溅射

目的提高锆合金包壳管的事故容错能力。方法采用磁控溅射法,在锆基底上沉积CrAlSi和CrAlSiN两种涂层,表征了涂层的结构形貌、机械性能和抗高温水蒸气氧化行为等。结果 CrAlSi涂层呈致密的柱状晶结构。CrAlSiN涂层结构致密,晶粒尺寸小,接近非晶质地。CrAlSiN涂层与Zr基底之间的结合力(～46 N)高于CrAlSi涂层与Zr基底之间的结合力(～27 N),2种涂层的硬度大约为Zr基底硬度的3～4倍,表现出良好的机械性能。同时,这2种涂层均较大幅度提高Zr基底的抗高温水蒸气氧化能力。经1000℃水蒸气氧化15 min后,4.3μm厚的CrAlSi涂层使Zr(O)层的厚度减少了～67%,而4.6μm厚的CrAlSiN涂层则抑制了Zr(O)层的形成。14μm厚的CrAlSiN涂层使Zr基底在1200℃高温水蒸气中保持未氧化状态大于60 min。结论磁控溅射制备的CrAlSi涂层和Cr AlSiN涂层均能有效地抑制Zr合金的高温水蒸气氧化,且后者的防护效果更佳。

• 单位
  中国科学院; 宁波大学; 中国科学院宁波材料技术与工程研究所