本文關鍵詞：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】：鈾因其獨特的核性能而被廣泛應用于軍事、核能等領域,但又因其特殊的價電子結構和很低的標準電極電位,導致它的化學性質非�；顫�,很容易與周圍大氣環(huán)境中水汽、氧氣等發(fā)生化學反應而遭受腐蝕,不僅影響鈾本身的性能,還會污染環(huán)境,對操作者構成放射性危害。對金屬鈾進行表面涂層保護是減緩甚至阻止其腐蝕的有效手段之一。目前,關于鈾材料表面防腐處理的研究報道不少,所采用的處理技術各具優(yōu)缺點,涂層體系包括金屬、無機非金屬和有機材料等。其中,氧化物陶瓷涂層由于具有耐蝕、耐磨性能優(yōu)異,制備方法簡單等特點在材料耐蝕防腐涂層中應用廣泛,但其在鈾及其合金材料表面防腐涂層中的應用還未見報道。陰極微弧電沉積是將金屬或其合金作為陰極置于電解質溶液中,利用電化學方法,借助陰極阻擋層微弧放電產生能量,在熱化學、電化學和等離子體化學的共同作用下,將陰極表面沉積的氫氧化物直接脫水燒結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電、氧化物陶瓷組成可任意調節(jié)等特點,應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)(電解質濃度、流動狀態(tài))、電源參數(shù)(平均電流密度、工作頻率、占空比)以及沉積時間對起弧電壓、涂層的表面形貌與相組成的影響,在此基礎上,獲得了優(yōu)化的貧鈾表面氧化鋁陶瓷涂層制備工藝,測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合力等。主要結果如下：1.在貧鈾表面通過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驗過程中是否起弧的關鍵因素,在電解質濃度一定時,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程中出現(xiàn)起弧現(xiàn)象(開始起弧以及穩(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使涂層厚度大幅度增大；涂層厚度不隨沉積時間而線性增長,過長的沉積時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)的調整來實現(xiàn)。4.在本實驗條件下獲得的較優(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構,α-Al2O3相含量達28%；同時氧化鋁陶瓷涂層與基體結合良好,在室溫大氣環(huán)境和90℃,相對濕度為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個數(shù)量級,顯示了優(yōu)異的耐腐蝕性能。
【關鍵詞】：貧鈾 表面防腐涂層 陰極微弧電沉積 氧化鋁陶瓷
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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)狀及存在的問題10-12
• 1.3 氧化物陶瓷涂層簡介12-17
• 1.4 陰極微弧電沉積技術及其應用17-23
• 1.4.1 陰極微弧電沉積技術的產生與發(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應用前景及存在的問題22-23
• 1.5 本研究的目的及主要內容23-24
• 第二章 實驗部分24-30
• 2.1 實驗材料及設備24-25
• 2.2 陰極微弧電沉積參數(shù)設計方案25-27
• 2.3 氧化鋁陶瓷涂層結構和性能表征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 膜基結合強度分析28-29
• 2.4 貧鈾表面氧化鋁陶瓷涂層耐蝕性能29-30
• 2.4.1 電化學性能測試29
• 2.4.2 大氣環(huán)境穩(wěn)定性測試29
• 2.4.3 濕熱腐蝕試驗29-30
• 第三章 結果與討論30-55
• 3.1 藝參數(shù)對起弧的影響30-36
• 3.1.1 樣品表面狀態(tài)對起弧的影響30-31
• 3.1.2 攪拌速度對起弧的影響31-32
• 3.1.3 電解液濃度對起弧時間的影響32-33
• 3.1.4 平均電流密度對起弧時間的影響33-34
• 3.1.5 工作頻率對起弧時間的影響34-35
• 3.1.6 占空比對起弧時間的影響35-36
• 3.2 工藝參數(shù)對氧化鋁陶瓷涂層結構與相組成的影響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 沉積時間的影響47-49
• 3.2.6 小結49
• 3.3 氧化鋁陶瓷涂層與基體的結合力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52-53
• 3.4.3 電化學腐蝕性能53-55
• 第四章 結論與展望55-57
• 4.1 結論55-56
• 4.2 展望56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻58-63
• 附錄63

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：1040952