[发明专利]一种金属铀表面制备抗氧化铀钽薄膜的方法

说明书

一种金属铀表面制备抗氧化铀钽薄膜的方法，它属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种金属铀材料表面防护用抗氧化铀钽薄膜的制备方法。本发明目的是为了解决金属铀材料化学性质活泼，应用中极易氧化腐蚀失效的问题。金属铀表面制备抗氧化铀钽薄膜的方法：以金属铀靶和金属钽靶为靶材，采用双靶磁控溅射共沉积方法在金属铀薄膜或金属铀块体表面制备抗氧化铀钽薄膜。优点：铀钽薄膜具有优异的抗氧化性能，与铀材料具有良好的界面结合力及化学相容性。本发明主要用于在金属铀表面制备抗氧化铀钽薄膜。

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种金属铀材料表面防护用抗氧化铀钽薄膜的制备方法。

背景技术

铀是一种重要的核材料，其核外5f、6d和7s电子层的能级彼此非常接近，使得铀具有非常复杂的化学性质，可在室温条件下轻易被O₂、H₂O等介质所氧化腐蚀，活泼的化学性质给铀材料的应用带来了极大挑战。材料表面改性处理被视为提高铀抗腐蚀性能的重要手段。通常采用离子注入或等离子氮化等扩散热处理方法，在金属铀表面形成一层具有较好界面结合力的氮化铀钝化层。但是这种表面改性手段通常涉及比较高的热处理温度，真空室内残余气体容易导致铀表面氧化不利于表面改性处理效果。此外离子注入、等离子氮化的表面改性处理工艺复杂，表面产物组分不受控，不利于铀材料表面钝化层性能的稳定性。另外一种处理方法是采用电镀或物理气相沉积等方法在金属铀表面镀制一层防护层，如锌、镍等，但防护层与铀基体间界面结合强度不足，容易出现防护层开裂、脱落等现象导致防护层失效。

发明内容

本发明的目的是要解决金属铀材料极易与环境介质反应氧化腐蚀而失效的问题，提供一种金属铀表面抗氧化铀钽薄膜的制备方法。

一种金属铀表面制备抗氧化铀钽薄膜的方法，具体是按以下步骤完成的：

以铀钽合金靶作为靶材，采用直流磁控溅射在金属铀薄膜或金属铀块体表面制备抗氧化铀钽薄膜；所述抗氧化铀钽薄膜中钽含量为3at.％～12at.％。

一种金属铀表面制备抗氧化铀钽薄膜的方法，具体是按以下步骤完成的：

以金属铀靶和金属钽靶为靶材，采用双靶磁控溅射共沉积方法在金属铀薄膜或金属铀块体表面制备抗氧化铀钽薄膜；所述抗氧化铀钽薄膜中钽含量为3at.％～12at.％。

本发明优点：一、本发明提供了一种基于磁控溅射在金属铀材料表面镀制铀钽薄膜的方法，制备的抗氧化铀钽薄膜具有优异的抗氧化性能，薄膜组分可控，与铀材料具有良好的界面结合力及化学相容性，从而解决金属铀化学性质活泼、应用中极易氧化腐蚀失效的问题。二、本发明抗氧化铀钽薄膜中钽含量控制为3at.％～12at.％，该薄膜具有较高的硬度及较强的界面结合力，有效抑制了铀材料氧化失效，显著的提高了材料的大气储存寿命。这是由于金属钽具有硬度高、韧性好、耐腐蚀性能优异的特点，而铀钽合金中少量钽元素的添加即可显著改变材料金相组织，形成过饱和固溶体α’相，使得铀钽合金具有高硬度及较为优异的抗氧化腐蚀性能。磁控溅射镀膜是个非平衡过程，在保证薄膜物相的同时可在较大范围内实现钽含量的调节。而磁控溅射镀制铀钽薄膜的过程中，超高真空及表面离子清洗也保证了铀钽薄膜与基体材料的界面结合力。铀钽薄膜除了保护金属铀材料、抑制材料氧化失效，还在高能物理/激光与物质相互作用领域具有潜在的应用价值。钽属于中Z元素，含少量钽的铀钽薄膜具有优异的抗氧化腐蚀性能的同时，还表现出与铀相似的黑腔物理性能，具有很高的激光-X射线转化效率。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种金属铀表面制备抗氧化铀钽薄膜的方法，具体是按以下步骤完成的：

以铀钽合金靶作为靶材，采用直流磁控溅射在金属铀薄膜或金属铀块体表面制备抗氧化铀钽薄膜；所述抗氧化铀钽薄膜中钽含量为3at.％～12at.％。