一种核燃料包壳用梯度CrN/Cr复合涂层结构及制备方法技术

本发明专利技术主要提出一种核燃料包壳用梯度CrN/Cr复合涂层结构及制备方法，包括：提供锆合金基底；在锆合金基底表面形成ZrN扩散阻挡层；在ZrN层之上的形成Cr梯度过渡层；在梯度过渡层上交替沉积的CrN/Cr多层结构。本发明专利技术的技术方案可以有效抑制Zr‑Cr互扩散，避免基底/涂层界面处脆性ZrCr<subgt;2</subgt;相生成，同时CrN过渡层通过化学稳定性进一步强化扩散屏障作用，提升涂层在高温环境下的结构完整性；采用周期性引入CrN层的设计，通过引入新的界面打断Cr层粗大柱状晶地连续生长，形成致密化结构；通过CrN的高硬度特性提升涂层的耐磨性和抗开裂能力。同时，高功率脉冲磁控溅射技术结合自动化控制，可精确调控涂层厚度与结构，保证工艺可重复性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于涂层制备表面处理，特别是一种以zr合金为基底通过离子注入，及高功率脉冲磁控溅射形成的梯度crn/cr复合涂层结构及制备方法。

技术介绍

1、目前，由于锆合金具有热中子吸收截面小、导热性良好、辐照稳定性好、耐水侧腐蚀、力学性能良好以及易于加工等优点，因此在水冷反应堆核燃料包壳领域得到广泛应用。但是，在反应堆失水事故工况下，锆合金会与高温水蒸汽发生剧烈氧化反应，释放大量热量和氢气，引发爆炸，导致放射性物质大规模释放，引发灾难性后果。因此，提高核燃料包壳抵御反应堆事故的能力，即提升其抗高温蒸汽氧化性能十分必要。

2、商用成熟锆合金包壳表面制备抗氧化涂层具备研发周期短、成本低等优点，展现出极大的工程应用潜力。金属cr可在氧化介质中生成较为致密、保护性较好的cr2o3膜层，同时由于其与锆合金基体相容性较好，因此成为了包壳表面涂层的首选材料之一。但是有一些问题需要优化，一是zr-cr界面处易发生互扩散，尤其在高温环境下涂层-基体界面区域容易形成 zrcr2 互扩散层，zrcr2为脆性laves相，对涂层材料的力学性能有很大的负面影响。同时还会本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种核燃料包壳用梯度CrN/Cr复合涂层结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种核燃料包壳用梯度CrN/Cr复合涂层结构，其特征在于，所述Cr梯度过渡层为Cr(x-1)Nx-CrN-CrxN(1-x)过渡层，其中0＜X≤1.0。

3.根据权利要求1所述的一种核燃料包壳用梯度CrN/Cr复合涂层结构，其特征在于，所述ZrN扩散阻挡层中氮原子浓度梯度分布，表面氮含量为15-25at.%，界面处氮含量为5-10at.%。

4.根据权利要求1所述的一种核燃料包壳用梯度CrN/Cr复合涂层结构，其特征在于，所述CrN/Cr多层结构中，Cr层与C...

【技术特征摘要】

1.一种核燃料包壳用梯度crn/cr复合涂层结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种核燃料包壳用梯度crn/cr复合涂层结构，其特征在于，所述cr梯度过渡层为cr(x-1)nx-crn-crxn(1-x)过渡层，其中0＜x≤1.0。

3.根据权利要求1所述的一种核燃料包壳用梯度crn/cr复合涂层结构，其特征在于，所述zrn扩散阻挡层中氮原子浓度梯度分布，表面氮含量为15-25at.%，界面处氮含量为5-10at.%。

4.根据权利要求1所述的一种核燃料包壳用梯度crn/cr复合涂层结构，其特征在于，所述crn/cr多层结构中，cr层与crn层的厚度比为4:1至6:1。

5.一种如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑨，白亚雄，刘向力，冷雪松，柏贺达，倪晋扬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：