[发明专利]一种超临界水冷堆燃料包壳表面的Cr/CrAlN梯度涂层工艺

摘要

本发明属于核反应堆结构材料的表面改性技术，具体是一种超临界水冷堆燃料包壳表面的Cr/CrAlN梯度涂层工艺。该工艺包括镀前处理、偏压反溅清洗以及采用弧离子增强反应磁控溅射，依次在奥氏体不锈钢基体表面上沉积Cr过渡层和CrAlN梯度层和涂层热处理。本发明的Cr/CrAlN梯度涂层工艺可使Cr/CrAlN梯度涂层的抗氧化温度达700℃以上，硬度值达2200Hv以上、涂层附着力达35N以上，使超临界水冷堆燃料包壳表面的抗高温氧化、结合力、抗热震性能好，力学性能优异，实现了表面涂层体结构与功能的协调统一，有效提高了超临界水冷堆燃料包壳的使用性能和使用寿命。

主权项

一种超临界水冷堆燃料包壳表面的Cr/CrAlN梯度涂层工艺，包括以下步骤：（1）镀前处理：将超临界水冷堆燃料包壳选用的奥氏体不锈钢基材进行研磨抛光，然后将基材置于超声波容器中进行除油剂清洗、酸洗及去离子水漂洗后在真空干燥炉内烘干，再将烘干基材置于弧离子增强反应磁控溅射设备的真空炉中进行等离子体反溅清洗；（2）Cr过渡层沉积：将真空炉抽真空，充入Ar气，调节磁控Cr靶的溅射功率、柱弧Cr靶的弧电流、沉积偏压和沉积温度，打开溅射设备的基片台挡板，在基材表面沉积Cr过渡层；（3）CrAlN梯度涂层沉积：在真空环境下，继续在Cr过渡层上沉积CrAlN梯度涂层，将Cr靶和柱弧Cr靶的电流调小，开启并逐步增大Al靶的溅射功率，在真空室中通入反应气体N2，且将其流量逐渐增加，待达到预定的CrAlN梯度涂层组成成分后，停止涂层沉积，形成CrAlN梯度涂层基材；（4）涂层热处理：将CrAlN梯度涂层基材放入真空炉中原位退火，升温、保温、再随炉冷却至室温，将基材取出。