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热等静压处理对铀表面铝(钛)镀层及界面特性的影响

张羽廷  
【摘要】: 通过电镀、化学镀、物理沉积等方法在铀表面沉积一层A1、Ti、Zn、Al-Ti金属镀层,可以提高铀的抗腐蚀性能。但是由于镀层中存在微裂纹或者膜基结合强度不高,在服役过程中镀层可能脱落,失去保护基体铀的作用。本文采用热等静压使镀层发生塑性变形闭合微裂纹和孔洞,改善镀层结构,促进膜基元素扩散,增加膜基结合强度,提高镀层的抗腐蚀性能。 采用磁控溅射在铀基体上镀铝(钛)镀层,然后进行热等静压。为对比压力对镀层及界面的影响,对样品进行了真空退火处理。 本论文采用排水法测量HIP前后Al镀层密度以及材料试验机用粘胶法测量膜基结合强度,采用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电子电镜(SEM)进行镀层界面物相和形貌的分析,光学显微镜(OM)研究热等静压对铀基体的夹杂和组织的影响,用电化学腐蚀综合测试仪对比分析HIP前后样品抗腐蚀性能。 结果表明经过热等静压之后的镀层密度接近理论密度,表明HIP可以消除镀层中的微裂纹和空隙,提高镀层的致密性。镀层柱状晶结构变为更利于抗腐蚀的层状结构。对铀基铝镀层样品480℃/2h/100MPa、300℃/0.5h/60MPa、250℃/0.5h/60MPa、200℃/0.5h/60MPa热等静压处理,处理后的铀铝界面模糊,说明铀铝互扩散,增加膜基结合强度。同时XRD证实高温下于铀铝界面形成了UAl3和UAl2相,在200℃时检测到的形成量比较少。在250℃时形成了UAl2,300℃以上生成UAl3和UAl2,而且随着温度的升高,UAl3增加,UAl2减少。200℃热等静压之后的电化学抗腐蚀性能明显提高,对比4个工艺条件得出低温下HIP的镀层的综合性能效果较佳。 真空退火处理可以促进界面元素的进一步扩散,在界面上反应,但是其并不可以消除镀层中的缺陷。 经过600℃/0.5h/100MPa, 655℃/0.5h/100MPa热等静压铀基钛镀层表面致密化。膜基结合强度由原来11MPa提高至17MPa,在膜基界面形成一层U2Ti金属间化合物层,同样的温度条件下,真空热处理并没有形成金属间化合物层,说明压力可能促进金属间化合物层的形成生长。HIP之后样品的电化学抗腐蚀性能有所提高,其中600℃HIP抗腐蚀性能优于655℃的。 对于铀基铝镀层,200℃/0.5h/60MPa工艺条件下HIP后处理明显提高其抗电化学腐蚀性能。


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