[发明专利]在锆合金表面制备SiC涂层的方法及其应用

说明书

本发明涉及在锆合金表面制备SiC涂层的方法及其应用。该方法包括：将锆合金表面进行抛光处理；将进行抛光处理后的锆合金进行酸洗处理；利用等离子体增强化学气相沉积方法，在经过酸洗处理的锆合金的表面上形成SiC涂层；对SiC涂层进行等离子体轰击处理，等离子体轰击处理的工艺参数为：底部温度200‑550℃，真空度10‑190Pa，Ar流量160‑400sccm，H₂流量40‑280sccm，放电功率40‑600W，处理时间10‑60min；于等离子体轰击处理温度下对经过等离子轰击处理的SiC涂层保温5‑20h。该方法制备所得的SiC涂层的结晶度高，与锆合金的结合力强，不易发生大面积剥落。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及在锆合金表面制备SiC涂层的方法及其应用。

背景技术

目前用于核燃料元件的锆合金包壳表面的SiC涂层与锆合金之间的结合力较差，SiC涂层较易出现大面积剥落，从而导致锆合金易发生锆水反应、高温氧化腐蚀，以及吸氢反应，严重时会导致核燃料元件发生爆炸。

因而，现有的锆合金包壳的相关技术仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种操作简单、方便、容易实现、易于工业化生产、制备所得的SiC涂层的结晶度高、与锆合金的结合力强、或者不易发生大面积剥落的在锆合金表面制备SiC涂层的方法

在本发明的一个方面，本发明提供了一种在锆合金表面制备SiC涂层的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将锆合金表面进行抛光处理；将进行所述抛光处理后的锆合金进行酸洗处理；利用等离子体增强化学气相沉积方法，在经过所述酸洗处理的锆合金的表面上形成SiC涂层；对所述SiC涂层进行等离子体轰击处理，所述等离子体轰击处理的工艺条件为：底部温度200-550℃，真空度10-190Pa，Ar流量160-400sccm，H₂流量40-280sccm，放电功率40-600W，处理时间10-60min；于所述等离子体轰击处理温度下对经过所述等离子轰击处理的SiC涂层保温5-20h。发明人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且制备所得的SiC涂层的结晶度高，与锆合金的结合力强，不易发生大面积剥落。

根据本发明的实施例，形成所述SiC涂层的工艺条件为：底部温度130-480℃，侧壁温度80-4000℃，真空度10-230Pa，Ar流量150-460sccm，H₂流量30-320sccm，CH₄流量20-180sccm，SiH₄流量5-130sccm，放电功率30-700W，沉积时间30-260min。

根据本发明的实施例，经过所述酸洗处理后，所述锆合金表面的粗糙度为0.2-0.4μm。

根据本发明的实施例，所述酸洗处理是采用HF：HNO₃：H₂O的质量比为(1-10)：(10-65)：(30-95)的混酸进行的，酸洗时间为30-500s。

根据本发明的实施例，在进行所述酸洗处理之后，形成所述SiC涂层之前，进一步包括：对所述锆合金进行超声波清洗，所述超声波清洗的时间为10-30min。

根据本发明的实施例，在进行所述酸洗处理之后，形成所述SiC涂层之前，进一步包括：对所述锆合金进行恒温恒压处理，所述恒温恒压处理的工艺条件为：底部温度100-260℃，压强1-50Pa，处理时间4-12h。