[發(fā)明專利]一種核反應(yīng)堆燃料包殼納米復(fù)合涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110707330.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN113430488B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬大衍;惲迪;李浩;劉俊凱;楊健喬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/02
• 分類號(hào): C23C14/02;C23C14/06;C23C14/14;C23C14/32;C23C14/35;G21C3/07
• 代理公司: 西安銘澤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

1.一種核反應(yīng)堆燃料包殼納米復(fù)合涂層，其特征在于，包括在核燃料包殼表面依次疊層設(shè)置的金屬層、第一過渡層、第二過渡層及功能層；

所述金屬層的成分為Cr；

所述第一過渡層的成分為CrN；所述CrN中的Cr含量為60～70at％，N含量為30～40at％；

所述第二過渡層的成分為CrCN；所述CrCN中的Cr含量為50～60at％，C含量為12～18at％，N含量為20～30at％；

所述功能層的成分為CrTiSiCN；所述CrTiSiCN中的Cr的含量為27.4-33.6at％，Ti含量為33.0-45.9at％，Si含量為2.7％-5.0at％，C含量為9.8-22.2at％，N含量為8.6％-25.0at％；

所述納米復(fù)合涂層的復(fù)合結(jié)構(gòu)為nc-(Cr,Ti)(C,N)/a-Si₃N₄/a-C；

所述金屬層的厚度為0.2-0.4μm，所述第一過渡層的厚度為0.3-0.5μm，所述第二過渡層的厚度為0.5-0.7μm，所述功能層的厚度約為5-6μm。

2.一種權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆燃料包殼納米復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對(duì)包殼基材表面進(jìn)行拋光、噴砂預(yù)處理；

S2、在惰性氣體氣氛中，采用射頻離子源對(duì)基材表面進(jìn)行離子刻蝕，隨后在基材表面進(jìn)行第一陰極弧等離子體沉積，得到金屬層；

S3、在氮?dú)鈿夥罩校婵斩葹?.0-1.5Pa下，在金屬層表面進(jìn)行第一陰極弧等離子體沉積，得到第一過渡層；

S4、在惰性氣體和氮?dú)鈿夥罩校婵斩葹?.5-0.7Pa下，在第一過渡層表面同步進(jìn)行直流磁控濺射和第一陰極弧等離子體沉積，得到第二過渡層；

S5、在惰性氣體和氮?dú)鈿夥罩校诘诙^渡層表面同步進(jìn)行直流磁控濺射、第一陰極弧等離子體沉積、第二陰極弧等離子體沉積，得到功能層；

即得核反應(yīng)堆燃料包殼納米復(fù)合涂層；

其中，所述第一陰極弧等離子體沉積的靶材為金屬Cr靶；所述直流磁控濺射的靶材為C靶；所述第二陰極弧等離子體沉積的靶材為TiSi合金靶。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核反應(yīng)堆燃料包殼納米復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，所述C靶為石墨靶；所述TiSi合金中Ti含量為85at％，Si含量為15at％。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的核反應(yīng)堆燃料包殼納米復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，

S2中，所述第一陰極弧等離子體沉積的條件包括：時(shí)間20-40min，偏壓100～400V，弧流100A，占空比為30～50％；

S3中，所述第一陰極弧等離子體沉積的條件包括：時(shí)間10-15min，偏壓100V，弧流100A。占空比為30～50％；

S4中，所述第一陰極弧等離子體沉積的條件包括：時(shí)間10-15min，偏壓100V，弧流100A，占空比為30～50％；所述直流磁控濺射的條件包括：時(shí)間10-15min，偏壓為100V，濺射電流為2.0-2.5A；

S5中，所述第一陰極弧等離子體沉積的條件包括：時(shí)間100-120min，偏壓100V，弧流100A，占空比為30～50％；所述第二陰極弧等離子體沉積的條件包括：時(shí)間100-120min，偏壓100V，弧流100A，占空比為30～50％；所述直流磁控濺射的條件包括：時(shí)間100～120min，濺射電流為2.5-3.5A。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的核反應(yīng)堆燃料包殼納米復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，S3中，氮?dú)獾牧髁繛?00～500sccm；S4和S5中，惰性氣體與氮?dú)獾牧髁勘染鶠?:1。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的核反應(yīng)堆燃料包殼納米復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，S2中，離子刻蝕過程中，設(shè)置離子源電壓為500V，占空比為50％，真空度0.3-0.7Pa，偏壓為600-800V，刻蝕時(shí)間為20-30min。