一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层，其特征在于：包括锆合金包壳管基体(1)、粘结层(2)、耐腐蚀层(3)和耐磨层(4)，所述锆合金包壳管基体(1)表面涂覆有粘结层(2)，所述粘结层(2)表面涂覆有耐腐蚀层(3)，所述耐腐蚀层(3)表面涂覆有耐磨层(4)。2.根据权利要求1所述的一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层，其特征在于：所述粘结层(2)包括金属材料和陶瓷材料，其中金属材料包括zr、cr、nb和ni，陶瓷材料包括zro2、zrn、crn和cr3c2。3.根据权利要求1所述的一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层，其特征在于：所述耐腐蚀层(3)的成分包括cr、fecral、fecrsi、zralcrsi、zrcr2、zral3、zrsi2、zro2、zrn、zrc、crsi2、cro2、crn、cr3c2，其中cr、al、si、ti为必须元素。4.根据权利要求1所述的一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层，其特征在于：所述耐磨层(4)为单一膜层，耐磨层(4)的成分中需含有o、c、n其中的一种元素，并含有cr、al、si、ti、zr一种或一种以上元素，包括但不限于以下物质：zrsi2、zro2、zrn、zrc、crsi2、cro2、crn、cr3c2等。5.根据权利要求1所述的一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层，其特征在于：所述耐磨层(4)为多层膜层，包括陶瓷相层(5)和金属相层(6)，且陶瓷相层(5)与金属相层(6)交叠往复，其中陶瓷相的组成需含有o、c、n一种元素，并含有cr、al、si、ti、zr一种和一种以上元素，金属相的组成由cr、fe、al、zr、nb、ni元素中的一种或多种组成；其中陶瓷相层(5)和金属相层(6)厚度为10-500nm。6.根据权利要求1所述的一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层，其特征在于：所述粘结层(2)厚度为0.1-10μm。7.根据权利要求1所述的一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层，其特征在于：所述耐腐蚀层(3)厚度为1-30μm。8.根据权利要求1所述的一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层，其特征在于：所述耐磨层(4)厚度为0.5-10μm。9.根据权利要求1-8任一所述的一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.预处理：利用酒精、丙酮等清洗剂对锆合金包壳管进行清洗，去除表面污垢，进行喷沙处理，烘干后将包壳管无尘存放；s2.涂覆粘结层(2)：采用磁控溅射、多弧离子镀、热喷涂、冷喷涂、3d激光涂覆、原子层沉积技术在锆合金包壳管表面涂覆粘结层(2)；s3.涂覆耐腐蚀层(3)：采用磁控溅射、多弧离子镀、热喷涂、冷喷涂、3d激光涂覆、原子层沉积技术在粘结层(2)表面涂覆耐腐蚀层(3)；s4.涂覆耐磨层(4)：采用磁控溅射、多弧离子镀、原子层沉积在耐腐蚀层(3)表面涂覆耐磨层(4)。

技术总结
本发明属于核燃料技术领域，具体公开了一种核电厂锆合金包壳管用耐磨损抗氧化复合涂层及其制备方法，包括锆合金包壳管基体、粘结层、耐腐蚀层和耐磨层；本发明外部中的耐磨层可采用多层膜层，并且多层膜层可采用CrN、Cr3C2、ZrO2等材料实现表面硬度的提升，提高锆合金包壳管的耐磨性能，并采用金属Cr、Nb、Zr等缓冲热膨胀系数差异，减少应力集中，该材料在事故工况下和在高温水蒸气腐蚀环境中，可在最初防护阶段可形成Cr2O3致密氧化膜，减少高温蒸汽环境的影响，在内部粘结层可利用与锆合金匹配的热膨胀系数，避免在升降温过程中产生裂纹或涂层脱落，通过以上对涂层的结构与物相设计，使得涂层具有优异的耐磨损性能和优异的抗高温水蒸汽腐蚀性能。高温水蒸汽腐蚀性能。高温水蒸汽腐蚀性能。


技术研发人员：卢俊强 李崇 崔严光 陆辉 曾奇锋 陈小强
受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院有限公司
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2022/2/8