[发明专利]一种铀表面UC1-x

说明书

本发明公开了一种铀表面UC_1‑xN_x固溶体制备方法、其产品及应用，目的在于解决以UC、UN为原材料在1200℃条件下通过固态扩散制备UC‑UN固溶体时，存在工作时间较长，且难以避免金属铀、U₂C₃、UC₂物相的出现的问题。本发明在控制真空室杂质的前提下，在CH₄（其它含碳气源，如C₂H₄、C₂H₂均可）和N₂混合气氛中，以金属铀为基体，利用脉冲激光在铀表面制备UC_1‑xN_x固溶体。本发明的铀表面UC_1‑xN_x固溶体中，x值（C与N的比例）能通过改变碳氢化合物气源与N₂分压进行调制，N₂分压比处于0.7～1区间时，改性层对铀基体将会体现较优异的保护效果。本发明中铀表面UC_1‑xN_x固溶体物相单一，能作为侯选核燃料UC‑UN材料体系性能研究的原材料，具有较高的应用价值和较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及金属防护领域，尤其是活性金属表面防腐蚀领域，具体为一种铀表面UC_1-xN_x固溶体制备方法、其产品及应用。本发明制备的固溶体物相单一，性质稳定，能够有效提升铀材料表面的耐腐蚀性能。

背景技术

金属铀作为一种重要的材料，其在核工程领域应用非常广泛。但铀材料性质活泼，极容易与环境介质(如O₂、H₂O、CO₂等)发生化学、电化学作用，而发生腐蚀，进而影响铀材料的物理、化学及核性能。因此，提高铀金属的抗腐蚀能力具有重要意义。

通过对铀材料表面进行氮化处理制备的以UN(Yongbin Zhang等，Pulsed lasernitriding of uranium.Journal of Nuclear Materials,397(2010)31–35)为主的防护改性层，为金属铀材料表面腐蚀防护提供了较好的帮助。

根据固溶体相关理论，UC_1-xN_x固溶体热力学稳定性与x取值相关，x取值存在一定范围，使UC_1-xN_x热稳定性均优于UC和UN，并可能在某些性能的变化上有所体现。因此，制备物相单一的UC_1-xN_x固溶体是研究UC_1-xN_x作为铀材料腐蚀防护保护层的基础。

J.WILLIAMS等人以UC、UN为原材料在1200℃条件下通过固态扩散制备了UC-UN 固溶体(J.WILLIAMS,R.A.J.SAMBELL,JOURNAL OF THE LESS-COMMON METALS, 1(1959)217-226)，该制备方法工作时间长达数十小时甚至100小时以上，且难以避免金属铀、U₂C₃、UC₂物相的出现。

T.NOMURA等人利用UC+N₂或UN+石墨的反应制备UC-UN固溶体(T.NOMURA,M.KATSURA and T.SAN0，ON THE FORMATION OF UC-UN SOLID SOLUTIONS，JOURNAL OFNUCLEAR MATERIALS 43(1972)234-244.)，该方法所使用设备复杂，制备时间长，产物中除了UC-UN固溶体，同样存在U₂C₃、UC₂、石墨等非目标物相，且不同实验小组制备的UC-UN固溶体杂质相差异较大，以致以此为原料研究UC_1-xN_x性能存在较大差异的现象。

为此，本发明提供一种新的制备方法，以解决上述问题。