多弧离子镀Cr涂层Zr-4合金的高温氧化行为研究 - 雷明; 肖魏魏; 黄景昊 (核技术, 2022)
TL352.1%TG174.444; 2011年的福岛核事故暴露出锆合金包壳抗高温氧化性能的不足.为此,国际核燃料领域提出了耐事故燃料这一概念.Cr涂层锆合金包壳作为耐事故燃料包壳近期可商用的技术途径得到了广泛关注.本文旨在研究Cr涂层Zr-4合金在不同温度下的高温氧化行为,采用多弧离子镀技术制备Cr涂层Zr-4合金样品,并在800～1200℃空气气氛中氧化4 h,采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、能量色散谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)、电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction,EBSD)和掠射角X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)表征Cr涂层Zr-4合金样品在高温氧化前后的微观结构、物相等.氧化温度对Cr涂层Zr-4合金的微观组织结构、物相、Cr-Zr扩散层厚度以及氧化增重的影响分析结果显示:多弧离子镀制备的Cr涂层Zr-4合金样品表面存在大量尺寸不等的滴液,Cr涂层呈柱状晶形态生长,且沿着(110)晶面择优生长.在800～1100℃高温氧化4 h后,样品表面出现不同程度的氧化,但涂层内部依然残留有未被氧化的Cr涂层,样品表面和截面没有出现微观裂纹,Cr-Zr扩散层的厚度随着氧化温度的增加呈线性规律增长,氧化增重增加缓慢.而1200℃高温氧化4 h后,样品表面Cr涂层全部被氧化,表面和截面出现大量宏观裂纹,且Cr-Zr扩散层的厚度和氧化增重急剧增大.因此,采用多弧离子镀制备的Cr涂层Zr-4合金在800～1100℃下表现出良好的抗高温性能,而在1200℃发生了加速氧化现象.