铀表面非平衡磁控溅射离子镀Ti基薄膜的组织结构与腐蚀性能

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国工程物理研究院 作者:朱生发

  金属铀的化学性质十分活泼,极易发生氧化腐蚀。本文采用磁过滤多弧离子镀在金属铀表面制备Ti过渡层,然后采用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了Ti、TiN单层膜及Ti/TiN多层薄膜,以期改善基体的抗腐蚀性能。采用X射线衍射、极化曲线、盐雾腐蚀试验对镀层的结构、表面形貌、抗腐蚀性能进行了分析。结果表明,采用磁控溅射在金属铀表面制备一层Ti/TiN多层膜后,多层膜界面较清晰,大量的界面可终止柱状晶的生长,细化晶粒,提高镀层的致密性,有效地改善了基体的抗腐蚀性能。

  关键词:贫铀;非平衡磁控溅射;多层膜;腐蚀性能

  Abstract: The Ti-based protection coatings,including Ti,TiN,and Ti/TiN multi-layers,were deposited by unbalanced magnetron sputtering ion plating on the depleted uranium substrate pre-deposited with Ti buffer layers grown by filter cathode multiarc plating.The microstructures and electrochemical properties of the Ti-based protection coatings were characterized with X-ray diffraction,scanning electron microscopy and electrochemical probes.The preliminary results show that the Ti/TiN multilayer outperforms the films of pure Ti and TiN in the enhancement of the surface corrosion resistance and surface oxidation resistance of the depleted uranium,possibly because the well-defined sharp interfaces of the Ti/TiN multilayer curb the growth of columnar grains and the spreading of cracks.

  Keywords: Delepted uranium,Unbalanced magnetron sputtering,Multilayer film,Corrosion resistance

  基金项目: 中国工程物理研究发展基金项目(2009B0203019)

  金属铀因其独特的核性能而在核工业上具有广泛的用途, 但其化学性质十分活泼, 极易发生氧化腐蚀[1] , 直接影响铀部件的表面状态、使用性能及寿命, 因而解决铀的易腐蚀问题已成为其应用的关键工程技术之一。TiN 是一种硬质化合物, 分解温度高, 化学稳定性好, 具有良好的耐高温、耐腐蚀、耐磨损性能[2-5] , 采用磁控溅射在金属铀表面沉积TiN薄膜, 可在一定程度上提高基体的抗腐蚀性能[6] 。但是单层TiN薄膜的应力较大, 膜层稍厚极易发生脱落。而Ti/TiN多层膜, 由于增加了韧性较好的Ti过渡层, 可以有效释放应力, 协调变形, 而且多层膜中增加了大量的界面, 可细化晶粒, 使薄膜的孔隙率降低, 从而提高其致密性, 进一步改善基体的抗腐蚀性能。因此本文将采用非平衡磁控溅射技术在铀材料表面制备Ti/TiN多层膜, 采用X 射线衍射(XRD)研究其物相结构, 并采用电化学腐蚀和盐雾腐蚀实验研究其抗腐蚀性能。

  采用磁过滤多弧离子镀+ 磁控溅射复合镀技术在金属铀表面制备Ti/TiN多层膜, Ti、TiN薄膜的交替沉积抑制了晶粒在薄膜生长方向长大, 阻碍柱状晶的生长, 提高了镀层的致密性。采用非平衡磁控溅射技术在金属铀表面制备Ti/TiN多层膜后, 腐蚀电位明显提高, 腐蚀电流降低。在5% 的Cl-溶液盐雾腐蚀24h后, Ti、TiN单层膜表面出现开裂现象, 而Ti/TiN多层膜表面形貌完整, 具有较好的抗Cl-腐蚀能力。

参考文献:
  [1]科德芬克.铀化学[M].北京:原子能出版社,1977:28-29
  [2]Mori T,Fukuda S,Takemura Y.Surface and Coatings Tech-nology[J],2001,140:122-127
  [3]Subramanian B,Ashok K,Jayachandran M.Applied SurfaceScience[J],2008,255:2133-2138
  [4]张琦,陶涛,齐峰,等.真空科学与技术学报[J],2007,27(2):163-167
  [5]陈畅子,孙鸿,吴艳苹,等.真空科学与技术学报[J],2009,29(6):581-585
  [6]Chang F C,LeryM,Huie R,et al.Surface and CoatingsTech-nology[J],1991,49:87-96
  [7]Matthews A,Lefkow A R.Thin Solid Films[J],1985,126(3-4):283-291
  [8]史新伟,邱万奇,刘正义.中国表面工程[J],2006,19(1):43-46
  [9]Huang Meidong,Lin Guoqiang,Zhao Yanhui.Surface andCoatings Technology[J],2003,176:109-114
  [10]史新伟,李杏瑞,邱万奇,等.真空科学与技术学报[J],2006,26(4):330-334
  [11]Vera E,Wolf G K.Nuclear Instruments and Methods inPhysics Research Section[J],1999,B148(1-4):917-925
  [12]Hasuyama H,Shima Y,Baba K,et al.Nuclear Instrumentsand Methods in Physics Research Section[J],1997,B127-128:827-831
  [13]Emmerich R,Enders B,Martin H.Surface and CoatingsTechnology[J],1997,89:47-51
  [14]Peng R,Zhou H,Ning X S,et al.Materials Letters[J],2002,56:465-472

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