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Zirlo合金表面高功率脉冲磁控溅射与电弧离子镀制备保护性Cr涂层的对比研究

Cr涂层,抗氧化性能,ATF包壳,HiPIMS,AIP

锆合金具有强度高、导热性好、热中子吸收截面低等优点，被广泛用于核燃料包壳材料。然而，在压水堆电站失水事故（LOCA）工况下，锆合金包壳管被迅速氧化并产生大量的氢气和热量，严重时会引起“氢爆”。自2011年日本福岛核事故后，科学家提出了耐事故燃料（ATF）研发计划，其中金属Cr涂层被认为是最具有应用潜力的ATF锆合金包壳表面涂层，并且其氧化行为和涂层的微观结构与缺陷密切相关。本研究采用高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）和电弧离子镀（AIP）两种技术在Zirlo锆基体表面分别制备Cr涂层，对比研究了制备方法对Cr涂层微观结构和抗高温蒸汽氧化性能的影响。结果表明，通过HiPIMS技术制备的Cr涂层晶粒尺寸相对较小，且表面无明显大颗粒产生。相比于AIP-Cr涂层，HiPIMS-Cr涂层在1100 °C蒸汽环境中表现出更好的抗氧化性能，抛物线速率常数从9.12×10^-6 g²/cm⁴•min降低至6.87×10^-6 g²/cm⁴•min。