本文關(guān)鍵詞：貧鈾表面氧化鋁陶瓷涂層的陰極微弧電沉積法制備及其性能研究

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【摘要】：鈾因其獨(dú)特的核性能而被廣泛應(yīng)用于軍事、核能等領(lǐng)域,但又因其特殊的價(jià)電子結(jié)構(gòu)和很低的標(biāo)準(zhǔn)電極電位,導(dǎo)致它的化學(xué)性質(zhì)非常活潑,很容易與周圍大氣環(huán)境中水汽、氧氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭受腐蝕,不僅影響鈾本身的性能,還會(huì)污染環(huán)境,對(duì)操作者構(gòu)成放射性危害。對(duì)金屬鈾進(jìn)行表面涂層保護(hù)是減緩甚至阻止其腐蝕的有效手段之一。目前,關(guān)于鈾材料表面防腐處理的研究報(bào)道不少,所采用的處理技術(shù)各具優(yōu)缺點(diǎn),涂層體系包括金屬、無(wú)機(jī)非金屬和有機(jī)材料等。其中,氧化物陶瓷涂層由于具有耐蝕、耐磨性能優(yōu)異,制備方法簡(jiǎn)單等特點(diǎn)在材料耐蝕防腐涂層中應(yīng)用廣泛,但其在鈾及其合金材料表面防腐涂層中的應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)道。陰極微弧電沉積是將金屬或其合金作為陰極置于電解質(zhì)溶液中,利用電化學(xué)方法,借助陰極阻擋層微弧放電產(chǎn)生能量,在熱化學(xué)、電化學(xué)和等離子體化學(xué)的共同作用下,將陰極表面沉積的氫氧化物直接脫水燒結(jié)形成陶瓷氧化物涂層的方法。與微弧氧化制備氧化物陶瓷涂層相比,陰極微弧電沉積方法具有僅要求基底材料導(dǎo)電、氧化物陶瓷組成可任意調(diào)節(jié)等特點(diǎn),應(yīng)該比較適合于金屬鈾材料的表面陶瓷化處理。為此,本文采用陰極微弧電沉積的方法在鈾表面制備氧化鋁陶瓷涂層,研究了電解液參數(shù)(電解質(zhì)濃度、流動(dòng)狀態(tài))、電源參數(shù)(平均電流密度、工作頻率、占空比)以及沉積時(shí)間對(duì)起弧電壓、涂層的表面形貌與相組成的影響,在此基礎(chǔ)上,獲得了優(yōu)化的貧鈾表面氧化鋁陶瓷涂層制備工藝,測(cè)試了此工藝條件下制備的貧鈾表面氧化鋁陶瓷涂層的穩(wěn)定性、耐腐蝕性能以及與基體的結(jié)合力等。主要結(jié)果如下：1.在貧鈾表面通過(guò)陰極微弧電沉積方法制備氧化鋁陶瓷涂層,貧鈾樣品的表面粗糙度、電解液濃度與攪拌速度是影響實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是否起弧的關(guān)鍵因素,在電解質(zhì)濃度一定時(shí),適宜的貧鈾表面粗糙度和電解液攪拌速度才能在電沉積過(guò)程中出現(xiàn)起弧現(xiàn)象(開(kāi)始起弧以及穩(wěn)定起弧的電壓分別在200～220 V和約290 V左右)。2.貧鈾表面通過(guò)陰極微弧電沉積方法制備的氧化鋁陶瓷涂層表面粗糙多孔,由大量巖狀的燒結(jié)體和孔洞組成；涂層主要由α-Al2O3和γ-Al2O3組成,還含有少量的UO2,其中以γ-Al2O3為主晶相。3.適宜的電解液濃度和平均電流密度有利于提高涂層的表面平整度；高頻率、小占空比有利于提高涂層致密度；高電解液濃度、大的平均電流密度有利于a-A1203的生成；涂層的厚度隨著電解液濃度和占空比的升高略有升高,而提高電流密度或降低工作頻率都會(huì)使涂層厚度大幅度增大；涂層厚度不隨沉積時(shí)間而線性增長(zhǎng),過(guò)長(zhǎng)的沉積時(shí)間將明顯增大涂層表面孔洞和不平整性,所以涂層厚度的控制主要依靠其它參數(shù)的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.在本實(shí)驗(yàn)條件下獲得的較優(yōu)貧鈾表面陰極微弧電沉積氧化鋁陶瓷涂層制備工藝參數(shù)是：貧鈾表面粗糙度約Ra 0.10μm,電解液(硝酸鋁的乙醇溶液)濃度約1.0 mol/L、攪拌速度200～300 r/min,電流密度約6 A/dm2、工作頻率900 Hz、占空比10%,沉積時(shí)間30 min。在此參數(shù)下制備的貧鈾表面氧化鋁陶瓷涂層具有較理想的微觀組織結(jié)構(gòu),α-Al2O3相含量達(dá)28%；同時(shí)氧化鋁陶瓷涂層與基體結(jié)合良好,在室溫大氣環(huán)境和90℃,相對(duì)濕度為90%的空氣環(huán)境中有良好的穩(wěn)定性,在3.5%NaCl水溶液中的腐蝕電流密度與貧鈾基體相比降低了約2個(gè)數(shù)量級(jí),顯示了優(yōu)異的耐腐蝕性能。
【關(guān)鍵詞】：貧鈾 表面防腐涂層 陰極微弧電沉積 氧化鋁陶瓷
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 鈾表面防腐涂層的研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題10-12
• 1.3 氧化物陶瓷涂層簡(jiǎn)介12-17
• 1.4 陰極微弧電沉積技術(shù)及其應(yīng)用17-23
• 1.4.1 陰極微弧電沉積技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展17-18
• 1.4.2 陰極微弧電沉積制備Al_2O_3陶瓷膜原理18-21
• 1.4.3 陰極微弧電沉積制備Al_2O_3陶瓷膜的影響因素21-22
• 1.4.4 陰極微弧電沉積技術(shù)應(yīng)用前景及存在的問(wèn)題22-23
• 1.5 本研究的目的及主要內(nèi)容23-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分24-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備24-25
• 2.2 陰極微弧電沉積參數(shù)設(shè)計(jì)方案25-27
• 2.3 氧化鋁陶瓷涂層結(jié)構(gòu)和性能表征27-29
• 2.3.1 膜層微觀形貌27
• 2.3.2 膜層厚度的測(cè)定27-28
• 2.3.3 膜層的物相和元素組成分析28
• 2.3.4 膜基結(jié)合強(qiáng)度分析28-29
• 2.4 貧鈾表面氧化鋁陶瓷涂層耐蝕性能29-30
• 2.4.1 電化學(xué)性能測(cè)試29
• 2.4.2 大氣環(huán)境穩(wěn)定性測(cè)試29
• 2.4.3 濕熱腐蝕試驗(yàn)29-30
• 第三章 結(jié)果與討論30-55
• 3.1 藝參數(shù)對(duì)起弧的影響30-36
• 3.1.1 樣品表面狀態(tài)對(duì)起弧的影響30-31
• 3.1.2 攪拌速度對(duì)起弧的影響31-32
• 3.1.3 電解液濃度對(duì)起弧時(shí)間的影響32-33
• 3.1.4 平均電流密度對(duì)起弧時(shí)間的影響33-34
• 3.1.5 工作頻率對(duì)起弧時(shí)間的影響34-35
• 3.1.6 占空比對(duì)起弧時(shí)間的影響35-36
• 3.2 工藝參數(shù)對(duì)氧化鋁陶瓷涂層結(jié)構(gòu)與相組成的影響36-49
• 3.2.1 電解液濃度的影響36-39
• 3.2.2 電流密度的影響39-42
• 3.2.3 工作頻率的影響42-45
• 3.2.4 占空比的影響45-47
• 3.2.5 沉積時(shí)間的影響47-49
• 3.2.6 小結(jié)49
• 3.3 氧化鋁陶瓷涂層與基體的結(jié)合力49-51
• 3.4 貧鈾表面氧化鋁陶瓷涂層耐腐蝕性能51-55
• 3.4.1 大氣環(huán)境中的穩(wěn)定性51-52
• 3.4.2 濕熱腐蝕試驗(yàn)52-53
• 3.4.3 電化學(xué)腐蝕性能53-55
• 第四章 結(jié)論與展望55-57
• 4.1 結(jié)論55-56
• 4.2 展望56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-63
• 附錄63

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 薛文斌,杜建成,吳曉玲,鄧志威,來(lái)永春,張通和;LY12合金表面微弧放電沉積陶瓷膜的抗磨損性[J];北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年04期

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本文編號(hào)：1040952