一种用于锆合金包壳上涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锆合金包壳上涂层的制备方法，解决了现有涂层的制备方法均存在各自缺陷的问题。本发明专利技术在涂层制备工艺上采用了真空电弧离子镀与磁控溅射离子镀相结合的方法。本发明专利技术首先采用真空电弧离子镀的方法在锆合金包壳上沉积涂层，以提高镀膜速率以及膜基结合力；然后，同时进行真空电弧离子镀沉积和磁控溅射离子镀沉积，生成致密的中间层，提高表面平整度；最后，单独采用磁控溅射离子镀继续沉积涂层，以获得致密精细的表层组织，达到降低涂层表面粗糙度、降低摩擦系数的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锆合金包壳上涂层的制备方法
本专利技术涉及高温防护涂层领域，具体涉及一种用于锆合金包壳上涂层的制备方法。
技术介绍
锆合金由于具有低的热中子吸收截面、适中的力学性能以及良好的耐腐蚀性能和加工性能等特点，长期以来被用作水冷反应堆的燃料包壳材料。但在2011年福岛核事故之后，国际上致力于研究耐事故燃料(ATF)来代替现有的UO2-Zr燃料系统，以提高核燃料元件在严重事故下保持结构完整性的能力，进而提高核反应堆在事故工况下的安全可靠性。ATF耐事故燃料的概念包括燃料芯块和燃料包壳两部分。从燃料包壳的角度来说，主要考虑在锆合金包壳的基础上进一步提高其抗高温水蒸气氧化的能力和高温力学性能。同时，由于在福岛和事故中高温下的锆水反应导致氢气爆炸的发生，减少高温条件下的氢气的产生量也是ATF包壳关注的重点方向之一。ATF包壳目前的发展方向大致分为三类：以FeCrAl为代表的铁基合金，SiCf/SiC复合材料包壳，以及锆合金涂层。其中，锆合金涂层是最为简单易行且相对经济的方法。适当的涂层可以极大提高锆合金包壳的耐腐蚀及抗氧化能力，并且不会带来堆芯设计的改变。此外，由于锆合金在堆内运行过程中生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锆合金包壳上涂层的制备方法，包括在锆合金包壳表面制备金属Cr涂层，其特征在于，所述Cr涂层的生成过程为：A、首先采用真空电弧离子镀方式在锆合金包壳上沉积生成初始层；B、再采用磁控溅射离子镀和真空电弧离子镀方式共同沉积生成中间层；C、最后通过磁控溅射离子镀方式沉积生成表层组织。

【技术特征摘要】
1.一种用于锆合金包壳上涂层的制备方法，包括在锆合金包壳表面制备金属Cr涂层，其特征在于，所述Cr涂层的生成过程为：A、首先采用真空电弧离子镀方式在锆合金包壳上沉积生成初始层；B、再采用磁控溅射离子镀和真空电弧离子镀方式共同沉积生成中间层；C、最后通过磁控溅射离子镀方式沉积生成表层组织。2.根据权利要求1所述的一种用于锆合金包壳上涂层的制备方法，其特征在于，所述初始层的生成过程为：A1、加热至预定沉积温度，启动电弧离子镀的弧源，高偏压溅射清洗Cr靶材，同时在基体表面生成基础层；A2、将偏压调低，调整弧电流，沉积一层过渡层；A3、再将电弧离子镀的偏压调高，进行一次高压返扫，以夯实基础层与过渡层；A4、调节电弧离子镀的偏压及电流，进行沉积后生成初始层。3.根据权利要求2所述的一种用于锆合金包壳上涂层的制备方法，其特征在于，所述初始层的生成过程中电弧离子镀的参数设置为：A1中沉积温度为280～450℃，偏压为-600V～-800V，电弧离子镀的弧电流120A～150A；A2中偏压为-200V～-300V，弧电流为120A～150A；A3中偏压为-600V～-800V，弧电流为120A～150A；A4中偏压为-50V～-150V，弧电流为120A～150A。4.根据权利要求1所述的一种用于锆合金包壳上涂层的制备方法，其特征在于，所述中间层的生成过程为：将偏压调至-50V～-100V，将磁控溅射离子镀的参数设置为：靶溅射功...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦天国，张瑞谦，杨红艳，陈寰，杜沛南，刘然超，邱绍宇，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51