[发明专利]一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法

说明书

本发明公开了一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，该方法包括以下步骤：一、将Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性；二、将表面改性后的Zr合金核燃料包壳元件进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳元件。本发明先将Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性，然后采用电化学沉积在表面改性后的Zr合金核燃料包壳元件的表面沉积事故容错Cr涂层，实现了在管元件、板元件或异形件的外表面，高效、低成本、批量化的制备事故容错Cr涂层，解决了Zr合金核燃料包壳元件与金属Cr在电镀液中无化合导致的无法直接电化学沉积Cr涂层的问题，得到的Cr涂层具有厚度高，耐事故的优点。

技术领域

本发明属于薄膜涂层核电防护技术领域，具体涉及一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法。

背景技术

近年来国内外开展了大量的核燃料包壳元件的事故容错涂层制备与研究，核燃料包壳元件的基体材料为核用Zr合金，形状为管元件、板元件或异形件等形式，核燃料包壳元件的需求量巨大，事故容错涂层在逐步形成标准，大规模应用指日可待，以美国为代表的国际先进水平采用特殊的物理气相沉积制备纯Cr涂层，厚度需要达到15μm以上，才能达到常规服役条件的腐蚀以及事故条件下的高温抗氧化要求，物理气相沉积作为表面镀膜手段中最先进的技术同时也存在着较多缺点，如沉积速率极慢、沉积温度高、应力大易崩膜、设备成本昂贵、装炉量受腔体限制、镀制工序繁琐等，会导致生产速率低下、高温致晶粒长大、成本上升、设备维护困难以及操作人员培训困难等缺点，会影响核燃料包壳元件的生产和交付。

传统三价Cr电镀工艺能够快速制备Cr涂层，具有成熟的工艺及应用市场，厚度可达百微米量级，并且具有生产效率高，沉积速度快，沉积温度低，操作简单，成本低等优点，同时能够实现各种形状异形件的镀制生产。但是大量的实验结果显示，Zr合金具有优异的耐蚀性，是因为表面会迅速生成致密电导率低的ZrO₂氧化膜，且Cr与Zr的电位差不符合电镀原理，Cr涂层不能有效附着，无实现直接在Zr合金表面电镀Cr涂层。因此需要一种电化学在Zr合金核燃料包壳元件制备事故容错Cr涂层的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法。本发明先对Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性，使Zr合金核燃料包壳元件表面形成改性层，然后采用电化学沉积在表面改性后的Zr合金核燃料包壳元件的表面沉积事故容错Cr涂层，实现了在管元件、板元件或异形件的表面，低成本、高效、批量化的制备事故容错Cr涂层。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方法案为：一种电化学制备核燃料包壳元件事故容错Cr涂层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性；所述表面改性的方法为辅助阳极刻蚀、电弧源高压轰击、物理气相沉积、喷涂、金属离子注入、化学沉积和电化学沉积中的一种或两种；

步骤二、将步骤一中经表面改性后的Zr合金核燃料包壳元件进行电化学沉积Cr涂层处理，得到具有Cr涂层的Zr合金核燃料包壳元件，所述Cr涂层的厚度大于10μm。

本发明通过将Zr合金核燃料包壳元件进行表面改性，使Zr合金核燃料包壳元件的表面形成改性层，然后在改性层上进行电化学沉积Cr涂层处理，解决了现有技术无法通过电化学的方法在Zr合金核燃料包壳元件表面沉积Cr涂层的不足，当Zr合金核燃料包壳元件为管元件时，保证了管元件的内壁和外壁同时进行表面改性，同时制备事故容错Cr涂层，实现了高效、低成本和批量化的在核燃料包壳元件表面制备事故容错Cr涂层，制备的Cr涂层具有厚度高，耐失水核事故的优点。