摘要：金屬鈾具有獨特的核性能，在核工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但其化學(xué)性質(zhì)十分活潑，在高濕和鹽霧環(huán)境中極易遭受腐蝕，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。早在上世紀(jì)60年代， Bland 等采用蒸發(fā)鍍、磁控濺射離子鍍等技術(shù)在鈾表面制備Al、Cu、Ni等鍍層，取得了一定的效果。我國從20 世紀(jì)末開始鈾表面磁控濺射鍍鋁、鋁鈦復(fù)合鍍層，多弧鍍Ti/TiN多層膜， 有效改善了基體的抗腐蝕性能。CrN薄膜具有更高的硬度， 良好耐磨性、抗氧化、抗腐蝕性能，更低的內(nèi)應(yīng)力。因此，本工作采用磁控濺射技術(shù)在金屬鈾表面制備CrN薄膜， 采用掃描電鏡、X射線衍射儀、X射線光電子能譜及動電位極化曲線研究氮分壓對CrN薄膜組織結(jié)構(gòu)與腐蝕性能的影響。

　　實驗結(jié)果與分析：

　　采用SEM對薄膜斷面形貌分析表明，當(dāng)?shù)謮狠^小時，生成的薄膜呈纖維狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)謮涸龃蟮?.2×10-2 Pa時，薄膜的致密性明顯增加，柱狀晶基本消失，進(jìn)一步增大氮分壓，生成的薄膜結(jié)構(gòu)又逐漸呈現(xiàn)柱狀晶形貌，與氮流量較低時的結(jié)構(gòu)非常相似。

　　XRD圖譜分析發(fā)現(xiàn)，隨著氮分壓的變化，薄膜的物相結(jié)構(gòu)由不同比例的立方相Cr、六方Cr2N和立方CrN構(gòu)成。在較低氮分壓時，薄膜主要為體心立方的α-Cr.與無氮環(huán)境下制備的金屬Cr膜相比，其衍射峰強度減小，半高寬增大，其衍射峰位向低角度方向發(fā)生了偏移，這可能是由于薄膜中氮含量的增加，造成薄膜的晶格發(fā)生膨脹和變形所致。當(dāng)?shù)謮涸龃蟮?.2×10-2 Pa時，形成了Cr2N,當(dāng)?shù)謮豪^續(xù)增大時， 產(chǎn)生的氮離子增多， 氮離子與Cr離子反應(yīng)較充分， 生成的薄膜為Cr2N+CrN混合相。

　　XPS分析表明，當(dāng)?shù)謮狠^低時，薄膜中氮原子的含量約為10at%,隨著氮分壓的增大，薄膜表面的Cr元素的含量下降，而氮元素的含量呈線性增加，當(dāng)?shù)謮涸龃蟮?.2×10-2 Pa時，  氮原子的相對含量達(dá)到30at%.XRD分析發(fā)現(xiàn)薄膜中生成了Cr2N相，這與Cr-N二元平衡相圖的結(jié)果基本一致。

　　電化學(xué)極化曲線測試表明，在金屬鈾表面制備一層CrN薄膜后，其極化曲線發(fā)生正移，自然腐蝕電位增大，腐蝕電流密度明顯降低，在氮分壓為9.2×10-2 Pa時獲得的薄膜的自然腐蝕電位提高了近550 mV左右，腐蝕電流密度降低約兩個數(shù)量級，薄膜表面出現(xiàn)“偽鈍化”現(xiàn)象，其擊穿電位大幅提高，有效改善了貧鈾表面的抗腐蝕性能。

　　結(jié)論：

　　采用磁控濺射技術(shù)在金屬鈾表面制備了CrN薄膜，氮分壓對薄膜的致密性具有較大的影響，薄膜結(jié)構(gòu)隨著氮分壓的變化而變化，鍍膜金屬鈾的腐蝕電位大幅提高，腐蝕電流密度急劇下降，有效改善了貧鈾的抗腐蝕性能。

　　關(guān)鍵詞：金屬鈾，氮分壓，薄膜，腐蝕性能

　　聯(lián)系方式

　　朱生發(fā)：zhushf306@163.com