[发明专利]一种锆合金表面ZrO2

说明书

一种锆合金表面ZrO₂/FeCrAl复合涂层的制备方法，尤其涉及核反应堆材料相关应用领域；本发明包括如下步骤：S1、锆合金表面处理；S2、利用微弧氧化方式在锆合金表面制备ZrO₂层，形成基片；S3、利用磁控溅射方式在基片上制备FeCrAl层。本发明添加缓冲层后锆合金抗高温氧化能力明显提高，氧化过程中缓冲层对锆基体起到了很好的保护作用。

技术领域

本发明涉及核反应堆材料应用领域，尤其涉及一种锆合金表面ZrO₂/FeCrAl复合涂层的 制备方法及一种锆合金。

背景技术

锆合金作为轻水堆包壳材料，表现出了很好的抗辐照性和耐腐蚀性能，已成功用于核电 站压水堆几十年。锆合金在高温时与水蒸气剧烈反应，当温度大于1200℃时放出大量的氢气 和热量，带来了很大的安全隐患。如何进一步提高轻水堆核燃料元件在事故工况下的安全性 和可靠性成了一个核科学研究者亟待解决的问题，因此，反应堆设计对燃料性能提出了更高 的安全裕量要求，轻水堆核燃料元件面对挑战的一个突破就是研发新型耐事故燃料元件。

科学家们提出的耐事故燃料(ATF)研究方向包括耐事故燃料芯体和耐事故包壳材料。 其中，耐事故包壳材料致力于改善包壳材料的抗事故能力，在事故条件下尽可能提供较大的 安全裕量，避免出现堆芯严重融化的问题。锆合金表面涂层是耐事故包壳材料发展的一个主 要方向，致力于改善锆合金包壳在高温水蒸气环境中的抗氧化能力，提高其在正常工况下的 抗腐蚀性能。

但现有公开技术研究中，虽然公开了一些包壳材料表面涂层制备，但没有并没有用于改 善上述问题的涂层以及涂层结构。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种锆合金表面ZrO₂/FeCrAl 复合涂层的制备方法及一种锆合金。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种锆合金表面ZrO₂/FeCrAl复合涂层的制 备方法，包括如下步骤：

S1、锆合金表面处理；

S2、利用微弧氧化方式在所述锆合金表面制备ZrO₂层，形成基片；

S3、利用磁控溅射方式在所述基片上制备FeCrAl层。

进一步的，所述锆合金表面处理方法为：

对锆合金表面利用丙酮溶液进行超声清洗后利用去离子水冲洗30min；

将利用去离子水冲洗后的锆合金放入真空干燥室中进行110℃、30min烘干。

进一步的，所述ZrO₂层制备方法包括如下步骤：

制备电解液；

微弧氧化处理，将表面处理后的锆合金连接阳极后浸没在所述电解液中，开通冷却水和 搅拌装置，并调节电源参数后接通电源进行氧化；

将微弧氧化结束的锆合金依次利用去离子水和无水乙醇清洗后置于50℃烘箱中烘干。

进一步的，所述电解液包括：

NaAlO₂ 0.05-0.30mol L^-1；

NaOH 0.05-0.30mol L^-1。

进一步的，所述电解液包括：

Na₂SiO₃·9H₂O 0.05-0.30mol L^-1；