激光微熔锆包壳表面NiCr层开裂行为与性能研究

发布时间：2021-08-28 04:31

　　锆及其合金是20世纪30年代发展起来的一种重要的金属,因其具有优异的物理、化学性能而被广泛应用于石油化工、医疗器械、核工业系统等领域,特别是在核用锆合金的开发以及应用,创造了巨大的经济和社会效益,但是,在核反应堆的高温环境下,锆极易发生氧化反应,从而降低其优良的性能,金属表面改性技术被认为是一种有效且经济的提高金属表层性能的方法,对锆及其合金进行表面改性,在提高其抗氧化性能的同时,对保证锆合金优异的使用性能具有深远的意义。通过物理气相沉积技术在锆合金表面制备保护性涂层能有效改善合金基体的耐磨、耐腐蚀性能,提高其耐事故能力。但是,采用此方法制备的涂层与锆基合金的结合强度较差,为机械结合,在长期的工况环境下,涂层易剥落,进而失去保护基材的作用;而激光微熔技术可以实现涂层与基材的冶金结合,增强涂层与基材的结合强度。然而,经过激光微熔后的涂层,涂层表面会因为涂层材料较脆、涂层与基材线膨胀系数差异较大、激光加热冷却速度较快而产生热应力等诸多因素而导致涂层出现裂纹。本文以锆合金为基体,通过磁控溅射技术在其表面制备了NiCr复合涂层,并利用光纤激光器对涂层进行了激光微熔处理,研究了不同工艺参数下（涂... 

【文章来源】：南华大学湖南省

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Cr20Ni80自制靶材Fig.2.1Cr20Ni80homemadetargetmate

第二章实验材料、方法及设备9第二章实验材料、方法及设备2.1试验材料及准备工作2.1.1实验材料本实验基材为锆合金板（Zr-4）其主要成分如表2.1所示，经过线切割加工将合金板切割成20×20×5㎜3的块状试样；试验所用靶材为自制的Cr20Ni80合金靶材，靶材材料由广东高汉有限公司提供的Cr20Ni80合金棒材，棒材直径为85mm，其主要成分如表2.2所示。合金棒材经铣床及磨床加工成所需尺寸的靶材。如图2.1所示为靶材成品图，图2.2为靶材镀膜前后对比图。表2.1Zr-4主要成分Table2.1MaincomponentsofZr-4元素组成SnFeGrZr含量%1.2~1.70.18~0.240.07~0.13余量表2.2Cr20Ni80合金棒成分Table2.2CompositionofCr20Ni80alloybar元素组成铬磷硫镍铝碳锰硅铁含量%230.0200.015余量0.500.080.601.61.0图2.1Cr20Ni80自制靶材图2.2Cr20Ni80合金靶材镀膜前后对比Fig.2.1Cr20Ni80homemadetargetmaterialFig.2.2ComparisonofCr20Ni80alloytargetbeforeandaftercoating2.1.2准备工作将线切割制备的锆合金块状试样依次经过180#、400#、600#、800#、1000#、1200#金相砂纸打磨，后经机械抛光，得到表面较光滑而且无划痕的块状试样；在将试样放入真空镀膜设备前，严格按照涂层清洗工艺路线进行清洗，以洗去试样表面的灰尘、油脂等杂物，其清洗工艺流程为：

南华大学硕士学位论文10（1）常温下水清洗，清洗时间为3-4分钟，洗去试样表面的颗粒及灰尘；（2）将试样放入超声波清洗仪器中，加入无水乙醇，设置清洗温度为45-50℃，清洗时间10-20分钟，以洗去试样表面油脂；（3）干燥：温度50℃真空干燥箱，干燥时间为30分钟将清洗完试样，进行称重，以便涂层制备完成后测量试样的增重量，从而计算涂层的厚度，其涂层厚度计算公式如式2.1所示：PSGh………………………………（2.1）其中：h为膜层厚度；G为试样增重量：S为试样接收镀膜的表面积；P为膜层材料的材料密度。试样称重后用专用夹具将其装夹，如图2.3所示，后装机，自此镀膜前准备工作已经完成。图2.3试样夹具Fig.2.3Fixtureofsample2.2涂层制备仪器设备2.2.1磁控溅射涂层设备将清洗、称重后的试样装入真空镀膜装置，开始制膜过程。本实验使用的涂层沉积仪器为多功能硬质薄膜镀膜机，如图2.4所示。该套设备主要分为控制柜、真空室、冷却水机三部分，其中控制柜的主要功能是用来控制和反馈真空室内的


本文编号：3367798