磁控溅射镀CrAlSiN涂层的抗高温水蒸气氧化性能

目的提高锆合金包壳管的事故容错能力。方法采用磁控溅射法,在锆基底上沉积CrAlSi和CrAlSiN两种涂层,表征了涂层的结构形貌、机械性能和抗高温水蒸气氧化行为等。结果CrAlSi涂层呈致密的柱状晶结构。CrAlSiN涂层结构致密,晶粒尺寸小,接近非晶质地。CrAlSiN涂层与Zr基底之间的结合力(~46 N)高于CrAlSi涂层与Zr基底之间的结合力(~27 N),2种涂层的硬度大约为Zr基底硬度的3~4倍,表现出良好的机械性能。同时,这2种涂层均较大幅度提高Zr基底的抗高温水蒸气氧化能力。经1000℃水蒸气氧化15 min后,4.3μm厚的CrAlSi涂层使Zr(O)层的厚度减少了~67%,而4.6μm厚的CrAlSiN涂层则抑制了Zr(O)层的形成。14μm厚的CrAlSiN涂层使Zr基底在1200℃高温水蒸气中保持未氧化状态大于60 min。结论磁控溅射制备的CrAlSi涂层和CrAlSiN涂层均能有效地抑制Zr合金的高温水蒸气氧化,且后者的防护效果更佳。