金屬鈾的化學(xué)性質(zhì)十分活潑,極易發(fā)生氧化腐蝕。本文采用磁過濾多弧離子鍍?cè)诮饘兮櫛砻嬷苽銽i過渡層,然后采用非平衡磁控濺射離子鍍技術(shù)制備了Ti、TiN單層膜及Ti/TiN多層薄膜,以期改善基體的抗腐蝕性能。采用X射線衍射、極化曲線、鹽霧腐蝕試驗(yàn)對(duì)鍍層的結(jié)構(gòu)、表面形貌、抗腐蝕性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,采用磁控濺射在金屬鈾表面制備一層Ti/TiN多層膜后,多層膜界面較清晰,大量的界面可終止柱狀晶的生長,細(xì)化晶粒,提高鍍層的致密性,有效地改善了基體的抗腐蝕性能。

　　關(guān)鍵詞：貧鈾;非平衡磁控濺射;多層膜;腐蝕性能

　　Abstract: The Ti-based protection coatings,including Ti,TiN,and Ti/TiN multi-layers,were deposited by unbalanced magnetron sputtering ion plating on the depleted uranium substrate pre-deposited with Ti buffer layers grown by filter cathode multiarc plating.The microstructures and electrochemical properties of the Ti-based protection coatings were characterized with X-ray diffraction,scanning electron microscopy and electrochemical probes.The preliminary results show that the Ti/TiN multilayer outperforms the films of pure Ti and TiN in the enhancement of the surface corrosion resistance and surface oxidation resistance of the depleted uranium,possibly because the well-defined sharp interfaces of the Ti/TiN multilayer curb the growth of columnar grains and the spreading of cracks.

　　Keywords: Delepted uranium,Unbalanced magnetron sputtering,Multilayer film,Corrosion resistance

　　基金項(xiàng)目: 中國工程物理研究發(fā)展基金項(xiàng)目(2009B0203019)

　　金屬鈾因其獨(dú)特的核性能而在核工業(yè)上具有廣泛的用途, 但其化學(xué)性質(zhì)十分活潑, 極易發(fā)生氧化腐蝕[1] , 直接影響鈾部件的表面狀態(tài)、使用性能及壽命, 因而解決鈾的易腐蝕問題已成為其應(yīng)用的關(guān)鍵工程技術(shù)之一。TiN 是一種硬質(zhì)化合物, 分解溫度高, 化學(xué)穩(wěn)定性好, 具有良好的耐高溫、耐腐蝕、耐磨損性能[2-5] , 采用磁控濺射在金屬鈾表面沉積TiN薄膜, 可在一定程度上提高基體的抗腐蝕性能[6] 。但是單層TiN薄膜的應(yīng)力較大, 膜層稍厚極易發(fā)生脫落。而Ti/TiN多層膜, 由于增加了韌性較好的Ti過渡層, 可以有效釋放應(yīng)力, 協(xié)調(diào)變形, 而且多層膜中增加了大量的界面, 可細(xì)化晶粒, 使薄膜的孔隙率降低, 從而提高其致密性, 進(jìn)一步改善基體的抗腐蝕性能。因此本文將采用非平衡磁控濺射技術(shù)在鈾材料表面制備Ti/TiN多層膜, 采用X 射線衍射(XRD)研究其物相結(jié)構(gòu), 并采用電化學(xué)腐蝕和鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)研究其抗腐蝕性能。

　　采用磁過濾多弧離子鍍+ 磁控濺射復(fù)合鍍技術(shù)在金屬鈾表面制備Ti/TiN多層膜, Ti、TiN薄膜的交替沉積抑制了晶粒在薄膜生長方向長大, 阻礙柱狀晶的生長, 提高了鍍層的致密性。采用非平衡磁控濺射技術(shù)在金屬鈾表面制備Ti/TiN多層膜后, 腐蝕電位明顯提高, 腐蝕電流降低。在5% 的Cl-溶液鹽霧腐蝕24h后, Ti、TiN單層膜表面出現(xiàn)開裂現(xiàn)象, 而Ti/TiN多層膜表面形貌完整, 具有較好的抗Cl-腐蝕能力。

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