润滑科技信息平台

专利摘要

本发明属于材料表面防护技术领域，尤其涉及一种用于锆管表面的防护涂层及其制备方法。所述防护涂层依次包括：与锆管基体结合的硬Cr结合层、Cr过渡层和金属陶瓷复合层，所述Cr过渡层在硬Cr结合层和金属陶瓷复合层之间，所述防护涂层的厚度为9.0～22.0μm；锆管基体和硬Cr结合层形成Zr‑Cr互扩散层，与基体具有优异的结合强度，Cr过渡层提高硬Cr结合层和金属陶瓷复合层的界面匹配性，同时其结构致密、无微孔洞，有效阻碍氧气、水蒸气等分子向内扩渗，金属陶瓷复合层具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化和耐磨损的性能。本发明还提供了防护涂层的制备方法，能有效地改善锆管基体的耐高温、耐腐蚀、抗氧化和耐磨损性能，在核燃料包壳管外壁防护方面具有良好的应用价值。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210311044.0
申请日期:
2022-03-28
专利申请人:
中国科学院兰州化学物理研究所
分类号:
C23C14/06;C23C14/16;C23C14/02;C23C14/35;G21C3/07;C23C14/32
发明/设计人:
张广安，尚伦霖，俞磊，曹学乾，李霞
权利要求: 1.一种防护涂层的制备方法，其特征在于，所述防护涂层覆盖于锆管基体表面，所述防护涂层依次包括：与锆管基体结合的硬Cr结合层、Cr过渡层和金属陶瓷复合层，所述Cr过渡层在硬Cr结合层和金属陶瓷复合层之间，所述防护涂层的厚度为9.0～22.0μm；所述防护涂层的制备方法包括以下步骤：将待处理锆管基体装夹在真空腔体的转架上，所述真空腔体中内设有多弧Cr靶和磁控溅射Cr靶；将所述锆管基体表面进行加热活化和等离子体轰击刻蚀，得到第一基体；将所述第一基体采用多弧离子镀法进行第一沉积，得到含硬Cr结合层的第二基体，所述第一沉积的脉冲偏压-80～-150V，所述第一沉积的Cr靶电流为100～200A，所述第一沉积的时间为25～45分钟；将所述第二基体采用非平衡磁控溅射法进行第二沉积，得到含Cr过渡层的第三基体，所述第二沉积的Cr靶功率为3～5kW，所述第二沉积的施加脉冲偏压-20～-70V，所述第二沉积的时间为15～35分钟；将所述第三基体采用非平衡磁控溅射法进行第三沉积，间隔固定时间通入氮气，得到含防护涂层的锆管，所述防护涂层包括Cr2N层和Cr层交替的金属陶瓷复合层，所述第三沉积的磁控Cr靶功率3～5kW，所述第三沉积的施加脉冲偏压-20～-70V，所述第三沉积的总时间为4～12小时，所述固定时间为15～35分钟，每次所述氮气的体积流量为30～60sccm，每次通入所述氮气的时间为15～35分钟。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属陶瓷复合层包括：N个Cr2N层和N个Cr层交替设置，其中，N为正整数，与所述Cr过渡层结合的为所述Cr层，所述防护层外表面为所述Cr2N层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬Cr结合层的厚度为0.8～1.2μm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Cr过渡层的厚度为0.4～0.6μm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属陶瓷复合层的厚度为8.0～20.0μm。