試述鋯合金表面涂層技術現狀分析

摘 ?要：鋯合金一直在工業化產業以及化工行業中發揮重要作用，被用作核反應構件材料，為了更好的探討鋯合金的優良使用性能，延長其使用壽命，鋯合金表面涂層技術發揮了突出的作用，本文將對鋯合金表面涂層技術現狀進行簡要分析與探討，對表面的涂層材料和耐腐蝕性與力學相關的性能影響深入探討，致力于解決現狀的一些問題，并闡述其中的應用性能進展，在未來的核工業發展和化學工業都能發揮巨大的作用，更好的展望鋯合金的應用前景。

關鍵詞：鋯合金;表面涂層技術;現狀情況;應用性能

1.鋯合金表面涂層技術的現狀

在現如今的核工業中，鋯合金的加工性能、耐腐蝕性能都是運用核燃料包殼材料的優點，有著極好的性能特征。鋯合金在高氣溫環境下易與水發生反應而產生氫氣，在一定的高溫情況下，也極易引發“氫爆”，這都是現在面對的重大事故原因之一。在表面的涂層技術中，有的研究表明，元件對相應的環境有著抵抗性，只有增加元件的一些硬度、減少其磨損度、更加耐腐蝕、提高其相應的物理性能，才能更好的發揮鋯合金的材料作用[1]。

近幾年來，很多國家都在不斷地進行鋯合金表面性能的研究，也都取得了成果。國內外的鋯合金表面涂層材料大多數是激光表面的技術、微弧氧化等多種方面，鋯合金表面的涂層技術是通過改善鋯包殼表面的能力方法，通過鋯合金外表面涂層增強耐磨、抗氧化能力，進而改善正常工況以及事故鋯包殼性能。在這樣的情況下，鋯合金表面涂層研究取得初步篩選結果，涂層材料分為MAX相涂層和金屬Cr[2]。

2.物理氣相沉積涂層材料

物理氣相沉積 在一些工業中一般都作為制備硬質的薄層，建簡稱為PVD，PVD技術主要是通過真空的蒸發、真空濺射和離子沉積等四類技術。在物理氣相沉淀中技術制備的膜層致密且厚度也要把控好，與此同時，成分穩定也是必要的一部分要求。截止到目前的一些現象來看，物理氣相沉積技術制備多元膜，應用在鋯合金表面的物力其沉淀技術也大多數都是磁控濺射形式，在多弧離子鍍的技術中，電離率較高，沉積速率也較快，主要的運用原理也是利用陰極弧光放點到鍍件上，建設鍍膜也是一種氬離子靶材，引起表面原子濺射沉積鍍件的鍍膜工藝[3]。

3.激光表面的技術涂層材料

激光面改性技術，簡稱為LSM，技術主要是將表面變硬化，采用高能量激光束進行材料表面改性，極大改善工地表面機械和物理性能、化學性能，進而改善工件的強度與硬度和耐腐蝕性，激光表面改性技術運用在水電、核電、機械等工程領域中。

Zr-4在激光合金化表面形成鈮合金層，使得Zr-4表面硬度大幅度提高，同時，激光合金化及相應的涂層快速至冷卻使其耐腐蝕更加改善，但是在β-Zr相的過程行程中，使其Zr-4在相應的水蒸氣中耐腐蝕性大幅度降低，在Zr-4運用脈沖激光沉積技術中，涂層試樣管較為完整，而未經過涂層實驗管的嚴重破裂。在鋯合金表面采取激光涂層組織，未發生裂紋、氣孔等良好的結合[4]。

采用優化的涂料參數一定要在Zr-4片狀式樣上，通過相應的3D激光熔覆技術制備Cr涂層，涂層的相應厚度涂抹均勻，激光快速進行冷卻，使其涂層與基材之間快速進行擴散，進而使其涂層強度不斷提高，形成穩固的良好黏著力。涂層試樣較空白試樣表現多為抗膨脹性、破裂性，該涂層試樣在高溫的氧化性之后，Cr層試樣都未出現剝離的現象，性成果穩定的氧化層厚度在一定范圍之內，厚度在一定氧化層1/25，氧化后Zr-4基材與其交界的范圍內，并未形成相應的反應。

也正是因為氧化速率大幅度降低，則可以推出3D激光涂覆技術，在一定程度上，減少鋯合金表面的氫氣所生成。

4.微弧氧化

微弧氧化技術簡稱為MAO，也被稱為陽極火花沉積，也是一種直接在金屬的表面的技術，這種技術是通過金屬在電解液中形成微弧放電形成，在平時的工件表面形成很多致密性的陶瓷氧化膜，也使其中的工件具有特別好的耐磨損、耐腐蝕性等多種性能，而且由于是原位成膜的性質，更加牢固以NaOH溶液作為電解液，對Zr-4合金進行其處理，同時，其耐電化學的腐蝕性能與耐磨損性都有明顯的改善與提高，其中以碳酸鹽溶液為電解液形式，所形成的氧化膜更加致密、工整。微弧氧化膜也能使腐蝕電位不斷的上升，腐蝕的電流逐漸下降，而且，提高的基材耐腐蝕性能，正因為在這種條件下，微弧氧化對鋯合金有更好的保護性能作用。

就當前的形勢來看，我國鋯和鋯合金材質的涂層材料的相關機制已經不斷的完善和加強，從多方面的思考角度來看，我國鋯和鋯合金材料正在一步一步走向正軌，在相應的方法與運用中更加的相互結合，為今后的鋯和鋯合金材料奠定基礎，推動工業化的發展，創造更好的應用前景，增加更多的效益，提供更好的行業基礎。

5.結 語：

鋯合金表面的涂成技術在不斷的以增強涂層和材質之間的結合力來作為發展方向，在這樣的條件下，物理氣相沉積技術對比其他的涂層技術在鋯合金涂層方面作用的更加廣泛，這也是涂層制備技術的優勢更加的相關，鋯合金表面的技術也在不斷的加強中印利用先進的科學技術理念，提高鋯合金的表面性能，探究其發展關鍵和空間。

參考文獻

[1] ?柏廣海，陳志林，張晏瑋. 核燃料包殼鋯合金表面涂層研究進展[J]. 稀有金屬材料與工程，2017（07）：291-296.

[2] ?王美玲，鄧長生，簡敏. 鋯合金表面碳化硅涂層的制備及性能研究[C]// 第十八屆全國高技術陶瓷學術年會. 0.

[3] ?吳亞文，賀秀杰，張繼龍. 鋯合金表面CrAl基耐高溫涂層及氧化行為研究[J]. 表面技術，2018，47（09）：43-50.

[4] ?程英亮，曹金暉，彭昭美. 一種鋯合金表面快速制備耐磨氧化鋯和氧化鋁混合涂層的微弧氧化方法.

作者簡介：周堯，男，1984.03.07，河南鞏義，本科，研究方向：鋯及鋯合金材料方面和質量無損檢測方面。