[发明专利]一种核反应堆用高硬度包覆层及其制备方法

权利要求书

1.一种核反应堆用高硬度包覆层，其特征在于，所述包覆层用于沉积在核反应堆用基体材料外表面上，包覆层由内向外依次包括Cr沉积层和CrN硬化层。

2.根据权利要求1所述的一种核反应堆用高硬度包覆层，其特征在于，所述包覆层的厚度范围为1μm～60μm。

3.根据权利要求2所述的一种核反应堆用高硬度包覆层，其特征在于，所述包覆层的厚度范围为5μm～30μm。

4.根据权利要求3所述的一种核反应堆用高硬度包覆层，其特征在于，所述包覆层的厚度为10μm、15μm、20μm或25μm。

5.根据权利要求2所述的一种核反应堆用高硬度包覆层，其特征在于，所述CrN硬化层厚度范围为1～5μm。

6.一种核反应堆用包壳材料，其特征在于，包括基体材料和涂覆在基体材料外表面上的包覆层；所述基体材料采用锆或锆合金制成，所述包覆层采用权利要求1至5任一项所述的一种核反应堆用高硬度包覆层。

7.根据权利要求6所述的一种核反应堆用包壳材料，其特征在于，所述锆合金包括Zr-4合金或N36合金。

8.根据权利要求7所述的一种核反应堆用包壳材料，其特征在于，所述N36合金的成分为Zr-1Sn-1Nb-0.3Fe-0.1。

9.根据权利要求1至8任一项所述的一种核反应堆用高硬度包覆层的制备方法，其特征在于，采用物理气相沉积法、热喷涂法、冷喷涂法、激光熔覆法、电镀法或化学气相沉积法。

10.根据权利要求9所述的一种核反应堆用高硬度包覆层的制备方法，其特征在于，所述物理气相沉积法采用电弧离子镀，沉积温度为300℃～550℃。

11.根据权利要求9或10任一项所述的一种核反应堆用高硬度包覆层的制备方法，其特征在于，电弧离子镀具体操作包括以下步骤，依次为：

Setp1，膜基界面层沉积：调整Cr靶弧电流为80A～100A，偏压为-250V～-300V，占空比为40％～70％，沉积时间为3～6min；

Setp2，金属Cr层沉积：调整Cr靶弧电流为80A～200A，偏压为-90V～-200V，占空比为40％～70％；

Setp3，在Setp2中的金属Cr层沉积达到设定厚度后，向炉腔内通入高纯N₂，调节Cr靶电流为60A～200A，偏压为-90V～-200V，占空比为40％～70％，沉积时间30～120min。

12.根据权利要求11所述的一种核反应堆用高硬度包覆层的制备方法，其特征在于，所述电弧离子镀的具体操作中，在膜基界面层沉积之前还包括以下步骤：

(1)基体材料表面预处理：

将基体材料先进行超声清洗，随后采用去离子水冲洗，最后在高真空干燥室中进行烘干；

(2)沉积前基体材料表面离子清洗：

将烘干后的基体材料装入炉腔，抽真空，开始加热至沉积温度，然后充入Ar气，施加高偏压，对基体材料表面进行等离子体偏压溅射清洗或电子枪清洗刻蚀；

(3)靶材表面清洗。