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电弧离子镀制备耐事故包壳材料厚Cr涂层及高温抗氧化性能 被引量:23
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作者 胡小刚 董闯 +4 位作者 陈宝清 杨红艳 张瑞谦 谷伟 陈大民 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期207-219,共13页
目的在Zr-4包壳材料表面制备具有耐事故高温性能的抗氧化厚Cr涂层,保护Zr基体,以防止与高温水蒸汽反应。方法采用自主研发的φ155 mm大弧源电弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备约20μm的Cr涂层,通过X射线衍射仪(XRD)分析氧化前后的物相变... 目的在Zr-4包壳材料表面制备具有耐事故高温性能的抗氧化厚Cr涂层,保护Zr基体,以防止与高温水蒸汽反应。方法采用自主研发的φ155 mm大弧源电弧离子镀技术在Zr-4合金表面制备约20μm的Cr涂层,通过X射线衍射仪(XRD)分析氧化前后的物相变化,通过扫描电子显微镜(SEM)和电子探针(EPMA)研究厚Cr涂层在不同温度下产生的多种缺陷,探究厚Cr涂层对Zr基体的防护机制。结果当涂层沉积速率>3μm/h,制备的Cr涂层均匀致密,结合力优异,具有柱状晶结构,可经受至少15.8%的形变量,其抗塑性形变能力优异。沉积Cr层样品经过1000、1100、1200℃氧化,保温1h后快速冷却至室温,厚Cr涂层分化为Cr Ox层、Cr_2O_3层、残余Cr层和Cr-Zr扩散层。经受苛刻条件(1200℃/3600 s)测试,除保持连续性的氧化层外,在基体上仍残余良好结合的6.8μm Cr层。氧化层两次开裂阻止基体被进一步破坏。Cr-Zr扩散层是由Zr元素向Cr涂层方向渗透生长的。1200℃时,在基体近表面处产生的大尺寸隆起,是由于在近表面处韧性β-Zr(O)相转变为脆性α-Zr相,以及Cr偏聚贫Sn造成的。残余Cr层的柱状晶结构会形成Zr-O扩散通道,对涂层最后失效将起关键作用。结论 Zr合金包壳材料镀覆20μm的Cr涂层具有充分的耐事故能力,在严苛的事故条件测试下,各缺陷均未能使Zr-4合金基体暴露,涂层能够形成有效壁垒,防止锆合金基体暴露造成核事故,阻止基体进一步被破坏。 展开更多
关键词 cr涂层 厚膜 弧沉积 高温抗氧化 Zr-O通道 耐事故包壳材料
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锆合金表面磁控溅射与多弧离子镀Cr涂层的高温抗氧化性能 被引量:23
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作者 黄鹤 邱长军 +3 位作者 陈勇 胡良斌 刘艳红 李怀林 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期51-58,共8页
为了研究磁控溅射(MS)和多弧离子镀(MAIP)技术制备Cr涂层的高温抗氧化性能,分别在锆合金表面制备厚度约5μm的Cr涂层。利用氧化动力学曲线对比研究800℃条件下涂层的高温抗氧化性能,利用SEM、XRD、EDS分析涂层表面形貌和相结构。结果表... 为了研究磁控溅射(MS)和多弧离子镀(MAIP)技术制备Cr涂层的高温抗氧化性能,分别在锆合金表面制备厚度约5μm的Cr涂层。利用氧化动力学曲线对比研究800℃条件下涂层的高温抗氧化性能,利用SEM、XRD、EDS分析涂层表面形貌和相结构。结果表明:磁控溅射和多弧离子镀Cr涂层均能显著提高锆合金的高温抗氧化性能;磁控溅射Cr涂层表面光滑、致密,但涂层表面存在一定数量的孔洞,占涂层表面积0.40%,氧化7 h后涂层表面出现裂纹,单位面积氧化增重6.434 mg/cm2;与磁控溅射Cr涂层相比,多弧离子镀Cr涂层不再有(211)单一择优取向,Cr涂层厚度均匀,表面平整,膜/基界面分明,孔洞相对较少,占涂层表面积0.21%,氧化7 h后涂层表面依然致密,单位面积氧化增重5.616 mg/cm2,高温抗氧化性能优于磁控溅射Cr涂层。 展开更多
关键词 磁控溅射 多弧离子镀 cr涂层 孔洞 高温抗氧化性能
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脉冲激光熔覆制备ATF包壳Cr涂层的工艺与性能研究 被引量:11
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作者 李锐 刘彤 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期74-77,共4页
介绍了中广核研究院在事故容错燃料(ATF)包壳领域的最新成果,通过预置粉末式脉冲激光熔覆技术,在不同的功率下制备出不同厚度的锆包壳管Cr保护层;通过高温蒸汽氧化增重数据发现,采用半导体脉冲激光熔覆技术、脉冲激光功率50~60 W、螺距... 介绍了中广核研究院在事故容错燃料(ATF)包壳领域的最新成果,通过预置粉末式脉冲激光熔覆技术,在不同的功率下制备出不同厚度的锆包壳管Cr保护层;通过高温蒸汽氧化增重数据发现,采用半导体脉冲激光熔覆技术、脉冲激光功率50~60 W、螺距0.8~0.9 mm、角速度10°/s等参数条件下制备Cr涂层可以获得较好的抗高温氧化性能,证明保护的效果直接受涂层质量控制。通过SEM分析了涂层的显微结构,采用扩散机理解释了Cr涂层在1200℃下与锆合金基体相容性良好的原因。 展开更多
关键词 事故容错燃料 脉冲激光熔覆 cr涂层 冶金质量 高温蒸汽氧化性能
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锆合金管表面Cr涂层的室温与高温拉伸性能研究 被引量:9
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作者 王昱 陈乐 +5 位作者 陈寰 张瑞谦 刘然超 韦天国 杜沛南 杨红艳 《材料保护》 CAS CSCD 北大核心 2020年第7期61-66,共6页
为深入研究Cr涂层对锆合金包壳管力学行为的影响,采用电弧离子镀膜技术在锆合金包壳表面制备了厚度为15,25,35μm的Cr涂层,利用室温与400℃拉伸试验,对比了不同厚度涂层在室温和高温下的拉伸性能;通过涂层断口及表面微观形貌表征和EBSD... 为深入研究Cr涂层对锆合金包壳管力学行为的影响,采用电弧离子镀膜技术在锆合金包壳表面制备了厚度为15,25,35μm的Cr涂层,利用室温与400℃拉伸试验,对比了不同厚度涂层在室温和高温下的拉伸性能;通过涂层断口及表面微观形貌表征和EBSD微观组织分析,阐述了温度及涂层厚度对Cr涂层开裂和塑性变形行为的影响机制。结果表明:随涂层厚度增加包壳管屈服强度和抗拉强度增加但延伸率下降。与室温拉伸相比,高温下涂层厚度与包壳管拉伸性能的相关性降低。室温下,涂层呈脆性断裂,塑性较差,表面生成环向裂纹,且裂纹数量随厚度增加而增加;高温下,涂层滑移所需临界分切应力降低,晶粒发生更大程度的变形和取向变化,伴随多个滑移系开动后的交滑移行为,涂层塑性显著提升,不同厚度的涂层表面均无裂纹生成。 展开更多
关键词 锆合金包壳 cr涂层 电弧离子镀 力学性能 室温拉伸 高温拉伸
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锆合金包壳Cr涂层界面元素扩散行为研究进展
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作者 吴金龙 栾佰峰 +3 位作者 周虹伶 杨晓玲 黄伟九 孙超 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期16-27,共12页
随着核反应堆向高燃耗和更长服役寿命方向发展,对包壳材料的安全可靠性提出了更高的要求。锆合金表面Cr涂层由于其优异的抗高温氧化性能、耐腐蚀性能以及与基体良好的兼容性,被认为是最有前景的耐事故涂层包壳材料。综述了近年来涂层Cr... 随着核反应堆向高燃耗和更长服役寿命方向发展,对包壳材料的安全可靠性提出了更高的要求。锆合金表面Cr涂层由于其优异的抗高温氧化性能、耐腐蚀性能以及与基体良好的兼容性,被认为是最有前景的耐事故涂层包壳材料。综述了近年来涂层Cr与基体Zr界面元素扩散行为的研究成果,重点介绍了Cr涂层不同状态下的界面结构及演变规律,包括沉积、退火、辐照、氧化等状态。总结了Cr的扩散、分布和金属间化合物Zr-Cr-(Fe)层的生长动力学模型,归纳了界面扩散对涂层结构及性能的不利影响。扩散阻挡层是一种抑制涂层与基体互扩散的有效结构,介绍了阻挡层设计制备原则以及现有的和潜在的金属或陶瓷阻挡层材料,分析了2类典型阻挡层的优缺点。金属阻挡层能抑制Cr的扩散并延迟Cr-Zr共晶反应,但需要考虑中子经济性;虽然陶瓷阻挡层阻隔元素扩散的性能优异,但由于其与锆合金力学性能和热膨胀系数的差异明显,易产生微裂纹,需要考虑其抗裂性。最后提出了采用实验与分子动力学等相结合的多尺度研究方法开展界面研究,同时指出了目前研究工作中亟待解决的关键问题,这为后续的锆合金表面耐事故涂层研究与开发提供了重要参考。 展开更多
关键词 燃料包壳 cr涂层 界面 元素扩散 阻挡层
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Cr涂层对Zr-4合金蠕变行为的影响
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作者 左鼎 杜沛南 +5 位作者 罗威 陈寰 王昱 韦天国 张瑞谦 刘会群 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期1533-1546,共14页
报道化学气相沉积Cr涂层对Zr-4合金蠕变性能的影响以及Cr涂层在服役温度下的热稳定性。利用扫描电镜、电子探针显微分析和电子背散射衍射研究样品的显微组织。结果表明:样品Zr-4基体中晶粒呈等轴状,存在明显的<0001>//ND织构。蠕... 报道化学气相沉积Cr涂层对Zr-4合金蠕变性能的影响以及Cr涂层在服役温度下的热稳定性。利用扫描电镜、电子探针显微分析和电子背散射衍射研究样品的显微组织。结果表明:样品Zr-4基体中晶粒呈等轴状,存在明显的<0001>//ND织构。蠕变后涂层样品的Zr-4合金基体中亚晶界数量明显低于无涂层样品Zr-4合金基体中亚晶界数量,表明Cr涂层显著降低了Zr-4合金基体在蠕变过程中承载的应力,提高了合金的抗蠕变性能。Cr涂层在长时间扩散实验中保持高稳定性。涂层在高蠕变应力下(350℃时不小于157 MPa,400℃时不小于137 MPa)出现裂纹。系统总结蠕变断裂的数据,得到了关于稳态蠕变速率与蠕变断裂时间的Monkman-Grant关系式。 展开更多
关键词 ZR-4合金 cr涂层 蠕变行为 显微组织 热稳定性
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Zr-4合金表面Cr涂层长期水腐蚀行为研究
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作者 岳慧芳 王彦峰 +2 位作者 庞华 高士鑫 耿娟娟 《中国核电》 2024年第2期176-183,共8页
采用等离子增强物理气相复合沉积技术在Zr-4合金包壳管材外表面制备Cr涂层,在360℃水中采用高温高压釜对Cr涂层Zr-4合金开展300天的长期耐腐蚀性能研究。研究结果表明:Cr涂层致密且与基体结合良好,涂层内无裂纹、孔洞等缺陷;经300天腐蚀... 采用等离子增强物理气相复合沉积技术在Zr-4合金包壳管材外表面制备Cr涂层,在360℃水中采用高温高压釜对Cr涂层Zr-4合金开展300天的长期耐腐蚀性能研究。研究结果表明:Cr涂层致密且与基体结合良好,涂层内无裂纹、孔洞等缺陷;经300天腐蚀后,对比试样Zr-4表面生成约6μm氧化层,而Cr涂层管材表面生成的纳米级超薄Cr2O3钝化层可阻碍O原子向基体扩散,大幅度提升了锆合金包壳材料的耐腐蚀性能。同时,Cr在中性氧化性水质中将以HCrO4-离子的形式释放于水中,腐蚀300天后,Cr涂层厚度由原来的15μm减薄为6.2μm;半涂层Zr-4管材腐蚀300天后,涂层区与非涂层区界面处生成的ZrO2氧化层厚度约为6.1μm,与对比试样Zr-4管材生成的氧化层厚度相当,Cr和基体Zr-4之间不存在电化学加速腐蚀;Cr涂层试样的腐蚀吸氢约为对比试样Zr-4的1/2,Cr涂层包壳中氢化物的析出明显减少,有利于包壳性能提升。 展开更多
关键词 cr涂层 Zr-4燃料包壳管 360℃水腐蚀 吸氢
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核电耐事故锆包壳表面涂层研究进展 被引量:5
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作者 杨红艳 陈寰 +3 位作者 张瑞谦 韦天国 邱绍宇 彭小明 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期87-97,共11页
锆合金表面涂层作为一种短期内最易于实现商业化工程应用的耐事故包壳材料,已成为国际上新型核电燃料元件研发的热点。综述了近年锆包壳表面涂层研究已取得的重要研究成果。阐述了锆合金表面涂层材料的发展,包括MAX相、Cr系、陶瓷和FeC... 锆合金表面涂层作为一种短期内最易于实现商业化工程应用的耐事故包壳材料,已成为国际上新型核电燃料元件研发的热点。综述了近年锆包壳表面涂层研究已取得的重要研究成果。阐述了锆合金表面涂层材料的发展,包括MAX相、Cr系、陶瓷和FeCrAl合金等,重点分析了金属Cr因易于获得高质量涂层,且具有优异的耐腐蚀、耐高温氧化等性能,成为耐事故锆包壳表面涂层的首选材料。讨论了锆合金表面Cr涂层沉积技术的发展,包括物理气相沉积法、冷喷涂、激光熔覆和等离子喷涂等,着重分析了不同的科研机构均形成了各自的涂层锆管研发路线。评价了锆包壳表面Cr涂层的关键应用性能,重点分析了高温氧化–脆化、腐蚀、环压、磨损以及高温爆破等条件下的表面涂层效应。水蒸气环境中表面Cr涂层可有效阻止氧元素向锆基体的扩散,高温氧化–淬火后锆基体内残留了大量β–Zr相,涂层锆管仍具有一定的残余塑性;小变形工况下表面Cr涂层与锆基体间具有良好的膜基协同变形能力;Cr涂层对锆管基体具有一定的表面强化效应,一定程度上可改善涂层锆管的高温爆破性能;堆内辐照后Cr–Zr界面成分、微结构稳定性良好,21%环向肿胀后表面Cr涂层依然未剥落。最后,总结与展望了锆包壳表面Cr涂层的科研成果与研究方向。 展开更多
关键词 耐事故包壳 cr涂层 沉积技术 性能评价
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舰用钛合金及铬涂层抗氧化和腐蚀性能研究
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作者 李建普 卢旭东 李冬冬 《电镀与精饰》 CAS 北大核心 2024年第5期72-76,共5页
钛合金舰载武器装备长期处于高温及海水飞溅环境,为延长其使用寿命,采用电弧离子镀技术在其表面制备Cr涂层,并研究钛合金及Cr涂层的抗高温氧化和抗盐雾腐蚀性能。结果表明:由于冷热交替作用,650℃循环氧化1 h后,在钛合金表面形成的氧化... 钛合金舰载武器装备长期处于高温及海水飞溅环境,为延长其使用寿命,采用电弧离子镀技术在其表面制备Cr涂层,并研究钛合金及Cr涂层的抗高温氧化和抗盐雾腐蚀性能。结果表明:由于冷热交替作用,650℃循环氧化1 h后,在钛合金表面形成的氧化物和基体上产生裂纹,并形成Ti元素氧化物堆积。电弧离子镀的Cr涂层表面平滑完整,仅发生Cr元素氧化,对基体具有保护作用。盐雾腐蚀720 h后,钛合金表面发生腐蚀并产生剥落区域,而电弧离子镀制备的Cr涂层无腐蚀剥落区域,具有良好的抗盐雾腐蚀性能。 展开更多
关键词 钛合金 cr涂层 盐雾腐蚀 高温氧化
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超音速火焰喷涂制备Cr涂层及其高温氧化性能 被引量:2
10
作者 申晓凤 黄娇 +4 位作者 李志康 王全伟 樊立峰 马文 张鹏省 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期412-421,共10页
目的探索一种高效制备核电用包壳材料锆合金表面涂层的方法,以应对反应堆失水事故,提高核电安全性。方法采用超音速火焰喷涂技术在Zr-4合金表面制备Cr涂层,高温氧化试验在1200℃空气中进行,氧化时间30 min。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描... 目的探索一种高效制备核电用包壳材料锆合金表面涂层的方法,以应对反应堆失水事故,提高核电安全性。方法采用超音速火焰喷涂技术在Zr-4合金表面制备Cr涂层,高温氧化试验在1200℃空气中进行,氧化时间30 min。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)研究Cr涂层氧化前后的结构和显微组织。采用划痕法测试涂层与基体结合力。采用金相显微镜(OM)观察划痕形貌。结果采用HVOF技术可以在锆合金基体上制备的涂层主要为体心立方结构的金属Cr同时含有约21.9%密排六方结构(HCP)的Cr_(2)O_(3)。抛光可以减少Cr_(2)O_(3)至约10.1%。涂层由层状结构、未熔颗粒和少量孔隙组成。Cr_(2)O_(3)主要分布在层状结构中,未熔颗粒形成的不规则块状结构基本不含氧,主要为金属Cr。涂层与基体的结合力为77~94 N。喷涂工艺参数为煤油流量23 L/h、氧气流量880 L/h、喷涂距离330 mm的涂层样品结合力最高,为94 N。在1200℃空气中氧化30 min后,涂层靠近基体界面处形成11~14μm厚的连续致密层,而靠近界面处的基体衬度变暗,能谱信息显示含有Cr,因此判断该区域为Zr-Cr过渡层,厚度约为5μm,说明存在基体与涂层的互扩散层,且Zr向涂层的扩散速率明显大于Cr向基体的扩散速度。有Cr涂层的Zr基体没有发生氧化,涂层内部也基本没有氧化,而没有涂层覆盖的基体氧化层厚度在120μm以上。结论采用HVOF可以在锆合金表面制备出结构致密、与基体结合紧密且抗高温氧化性能优良的金属Cr涂层。 展开更多
关键词 核电 超音速火焰喷涂 cr涂层 高温氧化性能
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温度对纯Cr涂层表面形貌和抗腐蚀性能的影响 被引量:6
11
作者 王浩然 邱长军 +4 位作者 曾小安 张文 王晓婧 刘艳红 李怀林 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期192-196,共5页
目的探索温度对纯Cr涂层的抗腐蚀性能和表面形貌的影响。方法采用多弧离子镀技术在锆合金表面制备纯Cr涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)与Image J图像处理软件综合分析了纯Cr涂层的表面形貌,并对表面大颗粒的数目及其尺寸大小进行了统计和... 目的探索温度对纯Cr涂层的抗腐蚀性能和表面形貌的影响。方法采用多弧离子镀技术在锆合金表面制备纯Cr涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)与Image J图像处理软件综合分析了纯Cr涂层的表面形貌,并对表面大颗粒的数目及其尺寸大小进行了统计和分析。采用X射线衍射仪对涂层的相结构进行了分析。利用划痕仪和电化学工作站,分析了温度对纯Cr涂层的膜基结合力和抗腐蚀性能的影响。结果 380℃时,涂层表面大颗粒的数目及其平均尺寸最大,温度升高到420℃时,其数值最小;当温度进一步提升到450、500℃时,大颗粒的数目、平均尺寸逐渐增大。温度的升高,使纯Cr涂层由(110)晶面择优生长转为(200)晶面择优生长,晶粒尺寸随温度变化的规律为先减小后增大。涂层的结合力和抗腐蚀性能随温度的变化规律与大颗粒数目随温度的变化规律相反,呈先提高后降低的趋势。结论 420℃时,涂层表面大颗粒的数目及其平均尺寸最小,结合力和抗腐蚀性能较强,组织结构致密度高,晶粒细小,表面光滑平整。 展开更多
关键词 温度 多弧离子镀 抗腐蚀性能 cr涂层
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Cr涂层对板状燃料元件起泡特性影响数值模拟 被引量:2
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作者 向烽瑞 贺亚男 +7 位作者 邓超群 牛钰航 高士鑫 巫英伟 陈平 田文喜 秋穗正 苏光辉 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1215-1224,共10页
鉴于Cr涂层能够有效地缓解棒状燃料元件包壳在失水事故时的鼓胀现象,本文提出将Cr涂层应用于板状燃料元件以抑制其起泡的方案。为研究Cr涂层对板状燃料元件起泡现象的抑制作用,本文采用有限元分析工具,分别添加Zr和Cr涂层的材料物性,并... 鉴于Cr涂层能够有效地缓解棒状燃料元件包壳在失水事故时的鼓胀现象,本文提出将Cr涂层应用于板状燃料元件以抑制其起泡的方案。为研究Cr涂层对板状燃料元件起泡现象的抑制作用,本文采用有限元分析工具,分别添加Zr和Cr涂层的材料物性,并根据起泡现象的特征,考虑了Zr和Cr的热蠕变和受辐照硬化后的塑性行为。采用开发的工具对起泡退火实验进行了模拟,分析了温度和厚度对Cr涂层抑制作用的影响。研究结果表明:Cr涂层的屈服极限较低,在起泡现象发生时容易进入塑性阶段,从而不能有效地阻止起泡现象的产生;但其在大于700 K的高温下,较低的蠕变率能够降低起泡的高度,且温度越高降低的效果越明显。因此,Cr涂层可以抑制包壳的蠕变以降低起泡的高度。 展开更多
关键词 板状燃料元件 起泡 cr涂层 蠕变 数值模拟
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锆合金表面Cr涂层在高温水蒸气环境中氧化行为研究 被引量:1
13
作者 杨红艳 吕俊男 +1 位作者 张瑞谦 韦天国 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期168-175,共8页
为对多弧离子镀技术制备锆合金表面Cr涂层的耐高温氧化性能进行系统评价,对Cr涂层在水蒸气环境中的氧化行为进行研究。采用同步热分析仪获取Cr涂层在800~1400℃的氧化增重数据、X射线衍射仪分析相结构、扫描电子显微镜分析表面形貌和横... 为对多弧离子镀技术制备锆合金表面Cr涂层的耐高温氧化性能进行系统评价,对Cr涂层在水蒸气环境中的氧化行为进行研究。采用同步热分析仪获取Cr涂层在800~1400℃的氧化增重数据、X射线衍射仪分析相结构、扫描电子显微镜分析表面形貌和横截面各膜层厚度、能谱仪分析元素分布。结果表明,1200℃水蒸气氧化后Cr涂层表面生成了致密的保护膜,氧化后膜基界面结合质量良好,且锆基体上残留有一定量的Cr涂层;在1300℃水蒸气环境中Cr涂层短时间内对基体具有保护作用,1400℃时Cr涂层会迅速失去其保护效果。因此,锆合金表面Cr涂层具有优异的抗高温氧化性能,1200℃长时间高温水蒸气氧化后仍对锆基体具有较好的保护作用。 展开更多
关键词 cr涂层 水蒸气氧化 表面形貌 氧化速率
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中子辐照对Cr涂层锆合金力学性能的影响 被引量:1
14
作者 吴亚贞 席航 +6 位作者 李国云 刘晓松 张海生 孙凯 宁知恩 方忠强 刘莎莎 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期116-121,共6页
为研究中子辐照对Cr涂层锆合金力学性能的影响,获得Cr涂层锆合金的辐照性能数据,本文针对多弧离子镀技术制备的Cr涂层锆合金开展了中子辐照考验,通过拉伸试验过程实时观测试样力学行为变化并对试验后断口微观形貌进行分析,研究了辐照后C... 为研究中子辐照对Cr涂层锆合金力学性能的影响,获得Cr涂层锆合金的辐照性能数据,本文针对多弧离子镀技术制备的Cr涂层锆合金开展了中子辐照考验,通过拉伸试验过程实时观测试样力学行为变化并对试验后断口微观形貌进行分析,研究了辐照后Cr涂层锆合金的力学性能以及涂层与基体的结合能力。结果表明:中子辐照导致Cr涂层锆合金的抗拉强度和屈服强度升高,断后伸长率下降,表现出与商用锆合金相似的辐照强化效应。同时Cr涂层与无涂层锆合金相比,其屈服强度和抗拉强度升高但塑性变形能力降低。另一方面,Cr涂层在拉伸变形量较大时产生环向裂纹,但未从基体表面剥落,中子辐照未对涂层结合强度产生明显的影响,受力过程中涂层仍保持了完整性。 展开更多
关键词 耐事故燃料包壳 cr涂层 力学性能 中子辐照
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MATLAB在Cr涂层微裂纹组态分析中的应用 被引量:4
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作者 胡莹 张坤 +1 位作者 陈光南 吴臣武 《金属热处理》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第C00期161-163,共3页
镀Cr身管在使用时普遍存在涂层剥落问题,本文结台我国某新型号机枪枪管的研制工艺,对涂层微裂纹组态、控制因素及其与破坏模式的关系进行研究。鉴于微裂纹的纳米级宽度。本文通过特殊的金相制样方法将其扩宽,从而得到反映微裂纹组态... 镀Cr身管在使用时普遍存在涂层剥落问题,本文结台我国某新型号机枪枪管的研制工艺,对涂层微裂纹组态、控制因素及其与破坏模式的关系进行研究。鉴于微裂纹的纳米级宽度。本文通过特殊的金相制样方法将其扩宽,从而得到反映微裂纹组态的低倍照片。应用MATLAB对微裂纹特征进行统计分析,得出微裂纹密度、长度等特征参数与涂层失效模式间的对席关系,同时证实基体激光离散预处理对微裂纹组态有控制作用。 展开更多
关键词 cr涂层 微裂纹 MATLAB
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Cr涂层厚度对锆合金包壳GTAW焊缝组织与性能的影响分析
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作者 陈兵兵 冯亮 +2 位作者 李思功 张学粮 廖业宏 《中国核电》 2023年第2期260-263,共4页
研究了Cr涂层厚度对锆合金包壳GTAW接头组织和性能的影响,结果表明涂层明显降低焊缝的熔深,Cr元素非均匀熔入焊缝造成焊缝点状特征出现,且随涂层厚度增加而增多,当涂层厚度超过20μm后,涂层侧焊缝形成鱼骨状的共晶组织,并观察到沿晶间... 研究了Cr涂层厚度对锆合金包壳GTAW接头组织和性能的影响,结果表明涂层明显降低焊缝的熔深,Cr元素非均匀熔入焊缝造成焊缝点状特征出现,且随涂层厚度增加而增多,当涂层厚度超过20μm后,涂层侧焊缝形成鱼骨状的共晶组织,并观察到沿晶间扩展的显微裂纹。水腐蚀下焊缝表面的富Cr层具有明显的裂纹和脱落倾向,熔于焊缝内的Cr元素则显著增加焊缝的硬度,当Cr涂层厚度为15μm时焊缝硬度最高,达到299 Hv,涂层厚度继续增加焊缝硬度出现降低趋势。 展开更多
关键词 cr涂层 锆合金 焊缝 GTAW
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Cr涂层Zr-4合金包壳的高温空气氧化/扩散行为
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作者 李志平 宋鹏 +1 位作者 张瑞谦 李青 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期241-246,264,共7页
目的在Zr合金包壳表面制备Cr涂层,以提高Zr合金包壳在事故环境下的抗高温氧化性能。方法采用多弧离子镀技术在Zr-4合金包壳上制备约17μm的Cr涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)和电子探针(EPMA)等方法,... 目的在Zr合金包壳表面制备Cr涂层,以提高Zr合金包壳在事故环境下的抗高温氧化性能。方法采用多弧离子镀技术在Zr-4合金包壳上制备约17μm的Cr涂层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)和电子探针(EPMA)等方法,分析试样氧化前后的相组成、微观形貌和扩散行为,并评估试样在1100、1200、1300℃空气环境中氧化后的高温氧化性能。结果沉积态Cr涂层显微结构致密均匀,(110)面有很强的织构。Cr涂层在高温空气中氧化60 min后,保持了涂层结构完整性。氧化后的Cr涂层Zr合金系统均为多层结构,包括外部Cr_(2)O_(3)层、中间Cr涂层、内部Cr-Zr扩散层和Zr合金基体。在涂层/基体界面上形成了具有Laves相的金属间ZrCr_(2)扩散层,ZrCr_(2)层下方的区域出现了大量分散的沉淀相。在Cr-Zr中间层和Zr合金界面处的不对称原子扩散导致Kirkendall空位生成,空位的聚集和合并导致空穴的形核和生长。结论Cr涂层表面形成了致密的Cr_(2)O_(3)层,提高了Zr-4合金的抗高温氧化性能。通过研究高温空气中Cr涂层Zr-4合金包壳材料的高温空气氧化/扩散行为,可为耐事故涂层的开发、制备和应用提供一定的理论指导和技术支持。 展开更多
关键词 多弧离子镀 cr涂层 ZR-4合金 抗氧化性 扩散
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磁控溅射铬涂层锆合金包壳高温水蒸气氧化行为
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作者 王栋 钟汝浩 +7 位作者 张亚培 郭超 徐浩德 余剑 蓝毅聪 苏光辉 秋穗正 田文喜 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期258-268,共11页
目的研究磁控溅射Cr涂层Zr-1Nb合金包壳在1100~1300℃水蒸气环境中的氧化行为,为制定核反应堆事故预防和管理提供依据。方法采用卧式管式炉开展高温氧化试验,通过分析天平测量试样增重,通过扫描电子显微镜观察形貌,通过X射线能谱仪分析... 目的研究磁控溅射Cr涂层Zr-1Nb合金包壳在1100~1300℃水蒸气环境中的氧化行为,为制定核反应堆事故预防和管理提供依据。方法采用卧式管式炉开展高温氧化试验,通过分析天平测量试样增重,通过扫描电子显微镜观察形貌,通过X射线能谱仪分析元素分布。结果氧化前Cr涂层结构致密,没有明显缺陷。氧化后包壳表面形成微观的鼓包、褶皱或裂纹。Cr涂层在1100℃和1200℃氧化3600 s后形成了Cr_(2)O_(3)-Cr-ZrCr2的三层结构。1200℃下,Zr沿Cr晶界扩散到达Cr_(2)O_(3)/Cr界面后将Cr_(2)O_(3)还原,引起局部Cr_(2)O_(3)厚度减小,Cr晶界中的Zr O2则构成了O扩散的短途通道。1300℃氧化1800 s和3600 s后,Cr涂层性能退化,生成外侧ZrO2层。在Zr基体氧含量饱和的过程中,Zr O2生长的抛物线常数kp增大。由于包壳内表面氧化使得β-Zr基体达到氧饱和,因此外侧kp迅速进入二次增大阶段,导致外侧ZrO2生长速度明显大于内侧。结论Cr涂层可以有效提高Zr包壳的抗氧化性能,但经历一定时长高温氧化后将出现性能退化。 展开更多
关键词 ZR合金 cr涂层 事故容错燃料包壳 核反应堆事故 高温水蒸气 氧化动力学
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热喷涂制备Cr涂层提高锆合金包壳耐事故性的研究 被引量:3
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作者 李青 宋鹏 +3 位作者 黎振华 张瑞谦 王昱 杜沛南 《材料研究与应用》 CAS 2022年第1期40-47,共8页
采用热喷涂工艺大气等离子喷涂(APS)在Zr-4包壳管上成功制备了Cr涂层,目的是为核反应堆燃料组件两端焊接区域进行涂层的喷涂修复,以及完成焊接区的涂层包覆并与PVD涂层区域无缝连接,实现外表面抗氧化耐磨涂层全包覆.将Cr涂层在高达1200... 采用热喷涂工艺大气等离子喷涂(APS)在Zr-4包壳管上成功制备了Cr涂层,目的是为核反应堆燃料组件两端焊接区域进行涂层的喷涂修复,以及完成焊接区的涂层包覆并与PVD涂层区域无缝连接,实现外表面抗氧化耐磨涂层全包覆.将Cr涂层在高达1200℃事故高温蒸汽和空气环境中氧化,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱(EDS)和电子探针(EPMA)等多种分析技术,对其氧化前后进行了显微组织定性和定量分析.结果表明:Cr粉和喷涂态Cr涂层均为BCC相,喷涂态Cr涂层为典型的层状结构,涂层与基体的界面为机械咬合界面;在空气和流动蒸汽中进行高达1200℃的高温暴露后,均在Cr涂层表面形成致密的Cr_(2)O_(3)层,以及Zr-4基体与Cr涂层之间的相互扩散形成的Cr-Zr层;在高温水蒸气氧化后的Cr涂层试样,在其致密的氧化层上有高密度的针状和叶片形貌的晶须氧化物,但是在空气中未发现晶须状Cr_(2)O_(3).氧化试验表明,Cr涂层能有效提高Zr-4包壳管在高温空气和水蒸气中的抗氧化性. 展开更多
关键词 APS cr涂层 锆合金包壳 抗氧化性
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Cr涂层对Zr-1Nb合金包壳微动磨损行为的影响 被引量:3
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作者 彭振驯 王占伟 +7 位作者 严俊 赵亚欢 梁雪 刘婷婷 马文慧 任啟森 廖业宏 李坤 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3419-3426,共8页
采用三维白光干涉仪、扫描电子显微镜、能谱仪等表征技术对比研究Cr涂层Zr-1Nb合金包壳和Zr-1Nb合金包壳与格架在模拟压水堆一回路水环境下的微动磨损行为及损伤机制。结果表明,Cr涂层显著提高Zr-1Nb合金包壳的抗微动磨损性能。此外,对... 采用三维白光干涉仪、扫描电子显微镜、能谱仪等表征技术对比研究Cr涂层Zr-1Nb合金包壳和Zr-1Nb合金包壳与格架在模拟压水堆一回路水环境下的微动磨损行为及损伤机制。结果表明,Cr涂层显著提高Zr-1Nb合金包壳的抗微动磨损性能。此外,对磨副为刚凸时,Zr-1Nb合金包壳微动磨损机制以磨粒磨损和剥层磨损为主,而Cr涂层Zr-1Nb合金包壳由于表面硬度较高,且表面形成具有保护作用的三体层,其损伤机制以黏着磨损和材料单向转移为主。对磨副为弹簧时,Zr-1Nb合金包壳微动磨损机制主要为剥层和黏着磨损,Cr涂层Zr-1Nb合金包壳主要为磨粒磨损。 展开更多
关键词 核燃料包壳 Zr-1Nb合金 cr涂层 微动磨损
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