试述锆合金表面涂层技术现状分析

摘  要：锆合金一直在工业化产业以及化工行业中发挥重要作用，被用作核反应构件材料，为了更好的探讨锆合金的优良使用性能，延长其使用寿命，锆合金表面涂层技术发挥了突出的作用，本文将对锆合金表面涂层技术现状进行简要分析与探讨，对表面的涂层材料和耐腐蚀性与力学相关的性能影响深入探讨，致力于解决现状的一些问题，并阐述其中的应用性能进展，在未来的核工业发展和化学工业都能发挥巨大的作用，更好的展望锆合金的应用前景。

关键词：锆合金;表面涂层技术;现状情况;应用性能

1.锆合金表面涂层技术的现状

在现如今的核工业中，锆合金的加工性能、耐腐蚀性能都是运用核燃料包壳材料的优点，有着极好的性能特征。锆合金在高气温环境下易与水发生反应而产生氢气，在一定的高温情况下，也极易引发“氢爆”，这都是现在面对的重大事故原因之一。在表面的涂层技术中，有的研究表明，元件对相应的环境有着抵抗性，只有增加元件的一些硬度、减少其磨损度、更加耐腐蚀、提高其相应的物理性能，才能更好的发挥锆合金的材料作用[1]。

近幾年来，很多国家都在不断地进行锆合金表面性能的研究，也都取得了成果。国内外的锆合金表面涂层材料大多数是激光表面的技术、微弧氧化等多种方面，锆合金表面的涂层技术是通过改善锆包壳表面的能力方法，通过锆合金外表面涂层增强耐磨、抗氧化能力，进而改善正常工况以及事故锆包壳性能。在这样的情况下，锆合金表面涂层研究取得初步筛选结果，涂层材料分为MAX相涂层和金属Cr[2]。

2.物理气相沉积涂层材料

物理气相沉积 在一些工业中一般都作为制备硬质的薄层，建简称为PVD，PVD技术主要是通过真空的蒸发、真空溅射和离子沉积等四类技术。在物理气相沉淀中技术制备的膜层致密且厚度也要把控好，与此同时，成分稳定也是必要的一部分要求。截止到目前的一些现象来看，物理气相沉积技术制备多元膜，应用在锆合金表面的物力其沉淀技术也大多数都是磁控溅射形式，在多弧离子镀的技术中，电离率较高，沉积速率也较快，主要的运用原理也是利用阴极弧光放点到镀件上，建设镀膜也是一种氩离子靶材，引起表面原子溅射沉积镀件的镀膜工艺[3]。

3.激光表面的技术涂层材料

激光面改性技术，简称为LSM，技术主要是将表面变硬化，采用高能量激光束进行材料表面改性，极大改善工地表面机械和物理性能、化学性能，进而改善工件的强度与硬度和耐腐蚀性，激光表面改性技术运用在水电、核电、机械等工程领域中。

Zr-4在激光合金化表面形成铌合金层，使得Zr-4表面硬度大幅度提高，同时，激光合金化及相应的涂层快速至冷却使其耐腐蚀更加改善，但是在β-Zr相的过程行程中，使其Zr-4在相应的水蒸气中耐腐蚀性大幅度降低，在Zr-4运用脉冲激光沉积技术中，涂层试样管较为完整，而未经过涂层实验管的严重破裂。在锆合金表面采取激光涂层组织，未发生裂纹、气孔等良好的结合[4]。

采用优化的涂料参数一定要在Zr-4片状式样上，通过相应的3D激光熔覆技术制备Cr涂层，涂层的相应厚度涂抹均匀，激光快速进行冷却，使其涂层与基材之间快速进行扩散，进而使其涂层强度不断提高，形成稳固的良好黏着力。涂层试样较空白试样表现多为抗膨胀性、破裂性，该涂层试样在高温的氧化性之后，Cr层试样都未出现剥离的现象，性成果稳定的氧化层厚度在一定范围之内，厚度在一定氧化层1/25，氧化后Zr-4基材与其交界的范围内，并未形成相应的反应。

也正是因为氧化速率大幅度降低，则可以推出3D激光涂覆技术，在一定程度上，减少锆合金表面的氢气所生成。

4.微弧氧化

微弧氧化技术简称为MAO，也被称为阳极火花沉积，也是一种直接在金属的表面的技术，这种技术是通过金属在电解液中形成微弧放电形成，在平时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别好的耐磨损、耐腐蚀性等多种性能，而且由于是原位成膜的性质，更加牢固以NaOH溶液作为电解液，对Zr-4合金进行其处理，同时，其耐电化学的腐蚀性能与耐磨损性都有明显的改善与提高，其中以碳酸盐溶液为电解液形式，所形成的氧化膜更加致密、工整。微弧氧化膜也能使腐蚀电位不断的上升，腐蚀的电流逐渐下降，而且，提高的基材耐腐蚀性能，正因为在这种条件下，微弧氧化对锆合金有更好的保护性能作用。

就当前的形势来看，我国锆和锆合金材质的涂层材料的相关机制已经不断的完善和加强，从多方面的思考角度来看，我国锆和锆合金材料正在一步一步走向正轨，在相应的方法与运用中更加的相互结合，为今后的锆和锆合金材料奠定基础，推动工业化的发展，创造更好的应用前景，增加更多的效益，提供更好的行业基础。

5.结 语：

锆合金表面的涂成技术在不断的以增强涂层和材质之间的结合力来作为发展方向，在这样的条件下，物理气相沉积技术对比其他的涂层技术在锆合金涂层方面作用的更加广泛，这也是涂层制备技术的优势更加的相关，锆合金表面的技术也在不断的加强中印利用先进的科学技术理念，提高锆合金的表面性能，探究其发展关键和空间。

参考文献

[1]  柏广海，陈志林，张晏玮. 核燃料包壳锆合金表面涂层研究进展[J]. 稀有金属材料与工程，2017（07）：291-296.

[2]  王美玲，邓长生，简敏. 锆合金表面碳化硅涂层的制备及性能研究[C]// 第十八届全国高技术陶瓷学术年会. 0.

[3]  吴亚文，贺秀杰，张继龙. 锆合金表面CrAl基耐高温涂层及氧化行为研究[J]. 表面技术，2018，47（09）：43-50.

[4]  程英亮，曹金晖，彭昭美. 一种锆合金表面快速制备耐磨氧化锆和氧化铝混合涂层的微弧氧化方法.

作者简介：周尧，男，1984.03.07，河南巩义，本科，研究方向：锆及锆合金材料方面和质量无损检测方面。