[发明专利]一种用于锆合金防护的Fe-Cr-Al-Y防护涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种用于锆合金防护的Fe‑Cr‑Al‑Y涂层及其制备方法和应用，所述涂层的成分组成为Fe_{100‑x‑y‑z}Cr_xAl_yY_z，14.9≤x≤25，13.8≤y≤35，1.1≤z≤3，其中x，y，z为原子比，所述Fe‑Cr‑Al‑Y涂层呈纤维柱状晶生长结构，相邻两个纤维柱状晶之间边界致密，无贯穿性空隙，柱状晶宽度为60～90nm。该Fe‑Cr‑Al‑Y涂层可直接施镀于锆合金表面，提高了锆合金的抗高温水蒸气腐蚀能力和抗氧化能力。另外，本发明方法大大简化了工艺步骤，涂层厚度只有8～12μm，节约了原材料，形成的涂层均匀性好，工艺可控，生产效率高。

技术领域

本发明属于合金涂层防护领域，具体涉及一种用于锆合金防护的 Fe-Cr-Al-Y防护涂层及其制备方法。

背景技术

核安全的首道防线就是核燃料的包覆材料包壳管，它的作用是把燃料 芯体包覆起来，从而防止裂变产物释放到冷却剂中，要求其在整个使用过 程中不能发生破损而导致放射性外溢，目前采用锆合金来制得锆合金包壳 管。在核反应堆中，锆合金包壳管所处的工况条件非常恶劣，不仅需要承 受高温、高压和强烈的中子辐照，还要求耐高硼水腐蚀、应力腐蚀等，随 时间延长，力学性能发生变化，强度升高，延性降低、变脆，因此每隔12 个月就要更换一次，属于高消耗品。而FeCrAl合金材料由于其在高温腐蚀 环境中易生成致密的α-Al₂O₃和Cr₂O₃，表现出较强的抗氧化、抗腐蚀性且 力学性能优良。

公开号为CN108188196A的专利申请文献公开了一种FeCrAl/Zr双金 属复合管，通过冶炼合金→锻造开坯→固溶处理→机加管坯→冷轧管材等 工艺，得到FeCrAl系列合金覆层管与Zr及Zr系列合金基层管的金属复合 管，将Zr合金的抗中子辐照性和FeCrAl合金抗腐蚀性完美的结合在一起， 可以显著延长核电用包壳管的使用寿命，提高事故容错能力。公开号为 CN109972048A的专利申请文献公开了一种核反应堆核燃料包壳用FeCrAl 合金与T91铁素体/马氏体耐热钢复合管及其制备方法，内层为铁素体/马氏 体耐热钢材料，外层为FeCrAl合金材料。

但是，上述现有技术中利用锻造、冷轧形成的FeCrAl/Zr双金属复合 管或FeCrAl合金与T91铁素体/马氏体耐热钢复合管的制备方法复杂，生产 效率低，且其FeCrAl合金覆层管的厚度较厚，浪费了大量原材料。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种锆合金防护用的Fe-Cr-Al-Y涂层，形成 的涂层均匀性好，涂层厚度只有8～12μm，节约了原材料。

本发明的目的还在于提供了所述Fe-Cr-Al-Y涂层的制备方法，进一步 简化了工艺步骤、工艺可控、生产效率高。

本发明的目的还在于提供了一种锆合金包壳管，在Zr及Zr系列合金基 层管外直接施镀所述Fe-Cr-Al-Y涂层，其抗高温水蒸气腐蚀和抗氧化能力 极强。

本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种用于锆合金防护的Fe-Cr-Al-Y涂层，其 特征在于：所述Fe-Cr-Al-Y涂层成分组成为Fe_100-x-y-zCr_xAl_yY_z，14.9≤x≤25， 13.8≤y≤35，1.1≤z≤3，其中x，y，z为原子比；

所述Fe-Cr-Al-Y涂层呈纤维柱状晶生长结构，相邻两个纤维柱状晶之 间边界致密，无贯穿性空隙，柱状晶宽度为60～90nm。

作为优选，所述Fe-Cr-Al-Y涂层的晶体结构为α-Fe(Cr,Al)的固溶体， 晶格点阵类型为体心立方。