反应堆冷却系统失水(LOCA)后锆合金包壳与水蒸汽剧烈反应释放大量的热量和氢气，可能引起氢爆炸[1,2]
在锆包壳表面涂覆Cr[3,4]、CrAl[5]、FeCrAl[6]、Ti2AlC[7]和TiAlN/TiN[8]等涂层，可提高锆合金的抗蒸汽氧化性能
Cr涂层是耐事故燃料(ATF)包壳候选涂层，在高温蒸汽或高温高压水环境中具有优异的抗氧化性和耐腐蚀性能[3,4,9,10]
Park[4]采用电弧离子镀在Zr-4合金表面制备了厚度约为10 μm的Cr涂层，在1200℃蒸汽氧化2000 s后增重约为锆合金基体的1/2
在360℃/18.7 MPa静态水溶液中腐蚀60 d后，Cr涂层试样的腐蚀增重仅为锆合金基体的18.5%[9]
但是，在高温高压水环境服役条件下，Zr和Cr之间较大的电位差使Zr和Cr直接接触易发生电偶腐蚀[11,12]
同时，在高温蒸汽环境中Cr涂层与锆基体界面易发生严重的互扩散，生成吸氢的ZrCr2和Zr(Fe, Cr)2相使Cr涂层/Zr包壳体系的韧性降低[3,13]
因此，必须在Cr涂层和Zr基体之间插入绝缘层以防止电偶腐蚀和Cr向内扩散
近年来，用微弧氧化(MAO)在锆合金上制备ZrO2陶瓷膜受到了极大的关注
ZrO2涂层在高温高压水溶液中具有良好的耐腐性和耐磨性[14,15]
目前，硅酸盐、铝酸盐和磷酸盐电解液用于在Zr基体上制备ZrO2陶瓷膜[16~18]
与其它电解液相比，在磷酸盐电解液中制备的ZrO2涂层更致密均匀[16]
同时，致密的ZrO2陶瓷膜具有优良的阻氢特性[19]
因此，可在Cr涂层和Zr基体之间插入用MAO技术制备ZrO2绝缘膜，可避免在正常服役条件下发生电偶腐蚀和阻止高温蒸汽环境中Cr向锆基体内扩散
用磁过滤阴极真空弧离子镀(FCVAD)技术制备的等离子体弥散性好、离化率高、无宏观大颗粒污染且沉积能量可调，可在金属、陶瓷和塑料材料上沉积致密均匀的薄膜[20,21]
本文用MAO技术在Zr-2合金表面制备ZrO2薄膜，然后用FCVAD技术在MAO膜表面沉积Cr涂层，在900~1100℃蒸汽环境中评估Zr-2合金基体和ZrO2/Cr复合膜的蒸汽氧化性能并讨论其蒸汽氧化机理
1 实验方法
将实验用Zr-2合金线切割成尺寸为10 mm×10 mm×1 mm的样品，用不同型号的水砂纸依次打磨
然后用双极性电
声明：
“Zr-2合金表面ZrO2/Cr复合膜的高温蒸汽氧化行为” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：王兴平,薛文斌,王文选
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2025年05月23日 ~ 25日 
