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随着人类社会对清洁电力需求的持续增长,核能发电在世界范围内得到广泛关注。福岛核事故后,耐事故燃料包壳锆（Zr）合金材料的概念被提出。由于无须改变现有反应堆和核燃料组件的相关设计,且能直接改善事故工况下的容错能力,在Zr合金表面包覆铬（Cr）涂层被认为是短期内最有可能投入使用的一项技术。熔盐电沉积技术可以在复杂形状的基体表面制备高质量Cr涂层,有望解决包壳Zr合金表面高质量Cr涂层的高效低成本制备难题。为此,本文针对第三代国产核燃料包壳用N18 Zr合金的抗氧化防护需求,开展其表面Cr涂层的熔盐电沉积制备与性能研究。通过研究电沉积用熔盐的制备与电化学特性、Zr合金基材表面Ni过渡层、Ni表面Cr涂层以及Ni层改性Zr基体表面Cr涂层的制备与性能,优化熔盐制备工艺,优选Ni过渡层制备方法,阐明电沉积工艺参数对Cr涂层微观组织结构的影响规律,在此基础上制备Cr涂层/Ni过渡层/Zr合金（Cr/Ni/Zr）试样,研究并揭示Cr涂层在模拟事故环境中的失效机制。研究了熔盐的制备工艺及其电化学特性,结果表明:熔盐的最佳制备温度为550℃。高温熔融（550℃/30 min）和Cl2氯化鼓泡(100 m L·min-1)联用能有效实现Li Cl-KCl支持电解质熔盐的净化和均匀化,Ar气鼓泡(150 m L·min-1)可以提高Li Cl-KCl-Cr Cl2电沉积用熔盐中Cr（II）离子分布的均匀性,添加Cr片可以增强其稳定性。在450℃下,Ar气气氛中,熔盐电沉积Cr涂层时,阴极上发生受离子扩散控制的Cr（II）离子直接还原向Cr（0）还原的准可逆反应,其扩散系数约为1.07×10-5 cm~2·s-1,同时惰性阳极上发生Cr（II）离子氧化为Cr（III）离子的反应,加速了活性离子的消耗。研究了Zr合金基体在熔盐中的腐蚀特性及其表面Ni过渡层的制备与性能,结果表明:N18 Zr合金基体在熔盐中因发生置换反应而表现出较差的耐腐蚀性,同时腐蚀产物减弱了其与Cr涂层之间的结合。经与化学镀非晶态Ni层相比较,优选电沉积晶态Ni涂层作过渡层,其厚度为～6.4μm,显微硬度为320.6±12.4 HV,结合力为～24 N,在熔盐中的腐蚀速率＜0.6μg·cm-2·s-1,可以起到良好的防腐蚀和过渡连接效果。研究了Ni基体表面Cr涂层的电沉积工艺及性能,结果表明:阴极电流密度、熔盐温度和Cr（II）离子浓度对涂层的组织结构均有着显著影响。增大阴极电流密度、降低熔盐温度和减小Cr（II）离子浓度会导致Cr涂层的沉积过电位增大,形核过程占优,使初始形核率增大,同时抑制晶粒的长大,最终细化涂层晶粒、提高涂层致密性和连续性,但同时容易引发浓差极化,造成涂层粗糙度和致密性严重恶化。优选工艺条件为:熔盐温度450℃,Cr（II）离子浓度4.0 wt%,工作气氛Ar气,阶梯式阴极电流(50 m A·cm-2,300 s+20 m A·cm-2,1800 s),在该条件下制得的Cr涂层,厚度～13.8μm,电流效率达87.9%,沉积速度为23.7μm·h-1。涂层具有单相BCC结构、＜211＞择优取向和非柱状晶组织,纳米硬度仅为2.47±0.24GPa,结合力为～85 N,表面粗糙度为2.6μm。制备了Cr/Ni/Zr试样,研究了其组织结构和性能,分析了涂层在1200℃高温蒸汽中的失效机制,结果表明:Cr/Ni/Zr试样呈现出典型的层状结构,表层Cr涂层具有单相BCC结构、＜110＞择优取向和非柱状晶组织,其表面粗糙度为2.0μm。中层Ni过渡层与Cr、Zr之间分别存在～3μm和～2μm的成分过渡,Cr层与Ni层间的结合力为～129 N,Cr/Ni层与Zr基体间的结合力为～151 N。Cr涂层具有最高的纳米硬度（2.86±0.18 GPa）,其次是Ni过渡层,最后是Zr基体,在弹性模量上亦呈现出相同的规律。得益于致密Cr2O3层的形成,试样在1000℃/1 h的氧化考核中未出现Zr基体的氧化,但在1200℃/1 h考核中部分区域形成Zr O2。Cr/Ni/Zr试样的失效机制为:高温氧化过程中,Ni沿Zr合金基体晶界快速扩散;Cr涂层由外到内依次形成Cr2O3层、残余Cr层和Cr-Zr扩散层;残余Cr层通过Cr2O3层的生成、Cr-Zr扩散层的生长以及Cr元素向Zr基体扩散等方式被消耗;Cr2O3层的破碎、Zr元素沿Cr晶界扩散导致Cr层内部氧快速扩散通道形成以及Cr-Zr层的弱阻氧性,使得O不断从外界扩散至Zr合金基体表面,最终引发基体的快速氧化和涂层失效。