[发明专利]一种事故容错锆包壳管防护涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种事故容错锆包壳管防护涂层及其制备方法与应用。所述防护涂层包括Cr层，所述Cr层具有柱状晶结构，且分布于垂直于柱状晶生长方向的晶粒尺寸为200～300nm；优选的，所述Cr层的厚度为15～25μm。本发明所制备的Cr层内部结构致密，通过对高功率脉冲磁控溅射电压的调控，晶粒的尺寸在200～300nm，使涂层具有优异的抗高温水蒸气氧化性能，从而对事故容错条件下锆包壳管提供良好的表面防护性能，避免了事故的发生。

技术领域

本发明属于表面防护技术领域，具体涉及一种事故容错锆包壳管防护涂层及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，在全世界范围内超过400座核电站为人们提供了大约13％的电能。然而，2011年日本福岛核事故以后，对事故容错条件下锆合金表面防护性能提出了新的要求。表面涂层技术作为一种可直接、简便地改善基底性能的方法，可有效减少或避免事故容错条件下核反应堆内的锆-水反应，从而避免事故的发生。金属Cr层由于具有优异的导热性、可加工性、抗高温氧化性以及与锆合金的相容性，综合考虑反应堆在正常运行和事故工况条件下的要求，Cr层是一种有效的防护涂层。

然而，现阶段的在锆包壳管表面制备铬防护涂层的性能大都不是很理想，例如磁控溅射在制备出的Cr层随厚度增加晶粒迅速长大，缺陷增多，而多弧离子镀在涂层过程中产生大量的大颗粒，这些问题都导致铬涂层抗高温水蒸气氧化性能下降，限制了其在反应堆中的应用。因此，采用新的方法制备高质量的Cr层是我国目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种事故容错锆包壳管防护涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种事故容错锆包壳管防护涂层，所述防护涂层包括Cr层，所述Cr层具有柱状晶结构，且分布于垂直于柱状晶生长方向的晶粒尺寸为200～300nm。

进一步的，所述Cr层的厚度为15～25μm。

本发明实施例还提供了一种事故容错锆包壳管防护涂层的制备方法，其包括：

提供锆包壳管；

以铬靶为靶材，采用高功率脉冲磁控溅射技术在所述锆包壳管表面沉积Cr层，获得事故容错锆包壳管防护涂层；

其中，所述高功率脉冲磁控溅射技术所采用的脉冲电压为700～800V。

本发明实施例还提供了前述方法制备的事故容错锆包壳管防护涂层，所述防护涂层包括Cr层，所述Cr层具有柱状晶结构，且分布于垂直于柱状晶生长方向的晶粒尺寸为200～300nm；优选的，所述Cr层的厚度为15～25μm。

本发明实施例还提供了前述的事故容错锆包壳管防护涂层于基体表面防护领域的用途。

本发明实施例还提供了一种材料，包括基体，所述基体上设置前述的事故容错锆包壳管防护涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明所制备的Cr层与与传统直流磁控溅射相比内部结构致密，能够大幅度减少氧的扩散，因此具有优异的抗高温水蒸气氧化性能。进一步的，通过对高功率脉冲磁控溅射电压的优化，调控晶粒尺寸在200～300nm范围内，从而保证涂层具有最优异的抗高温水蒸气氧化性能，对事故容错条件下锆包壳管提供良好的表面防护性能，避免事故的发生。过大的晶粒尺寸会增加涂层的空隙，使高温水蒸气更容易渗透氧化，过小的晶粒尺寸使晶界数量增加，晶界处缺陷的富集也会对高温水蒸气氧化性能造成不良影响。

附图说明