核用锆合金化学镀层及预镀层的制备及其性能研究

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锆由于具有极低的中子吸收截面,高熔点和出色的耐腐蚀性,因此已广泛用于核技术领域,主要用作核燃料的包层材料。近年来,耐事故燃料(ATF)的发展已成为研究热点,特别是着眼于提高包层材料的高温抗氧化性,其中,在锆合金表面制备涂层是提高这种能力重要的途径之一。制备涂层的技术中,化学镀技术被广泛使用。这是一种化学沉积的方法,与电沉积相比,它具有较低的设备要求,简单的操作以及出色的镀层质量。化学镀广泛应用于各个领域,是提高锆合金耐腐蚀性的有效方法。因此,关于在锆合金表面的化学镀的研究具有非常重要的实用价值。但是,锆与相同主族的钛相比,失去电子的能力较弱,这使得难以在锆合金的表面上沉积化学镀层,另外,在锆合金表面上进行化学镀的研究很少。因此,本文在分析预镀技术的基础上,研究了磷化处理和氟化物-磷酸盐化学转化两种锆合金预处理工艺,并在锆合金预处理层上制备了完整且致密的非晶膜层。研究发现,在磷化处理过程中,当温度和时间超过一定阈值时,磷化膜会出现疏松现象,磷化处理的最佳实验参数为:温度50℃,时间4min,NaF含量1.5g/L时,在该实验条件下获得的磷化膜均匀致密,沉积速率较高;磷化膜为非晶态结构,温度超过50℃时开始出现晶态组织;磷化膜的平均显微硬度为176.5HV,显微硬度随着温度(时间)先升高后降低;基材和磷化膜的耐蚀性差异不大,但磷化膜对基体有一定的保护作用。在氟化物-磷酸盐化学转化过程中,最佳的工艺参数为:Na3PO4的浓度40g/L,转化温度30℃,NaF浓度15g/L。反应时间对于氟化物膜层的质量好坏影响不大。在30℃时,氟化物膜层呈现出非晶态;在50℃时,膜层组织完全呈现出晶态结构。氟化物膜层硬度随着Na3PO4浓度(NaF浓度)先增高而后有所降低,但降低的幅度不大,硬度最高可达 259.8HV。在预镀层上制备了三种Ni-P系化学镀层,厚度均为10-20μm。镀层组织结构为非晶态为主的混晶结构。其中,氟化物预镀层+Ni-W-P镀层的防护体系有着最佳的的耐腐蚀性,对基材具有良好的保护作用,并且化学镀层与预镀层之间具有最高的结合力,可达49.75N。
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