鈾表面鎏鋅防護(hù)層制備技術(shù)研究.pdf

1、鈾是重要的核材料，具有極強(qiáng)的化學(xué)活性，易受環(huán)境氣氛的腐蝕，不僅會(huì)造成材料的變質(zhì)，而且對(duì)環(huán)境造成污染，增大輻射防護(hù)壓力。給金屬鈾施以保護(hù)涂層是阻止金屬鈾腐蝕的有效措施之一，涂層的抗腐性能受涂層材料和涂層致密度的影響，不同涂層制備方法和工藝是影響涂層致密度的主要因素。目前的涂層制備方法各具特點(diǎn)，又各有不足，為此，提出一種新的在鈾表面制備涂層的方法:采用金屬與汞制備汞齊，將汞齊涂布于金屬鈾表面并進(jìn)行加熱，使汞齊分解并將汞蒸發(fā)，由此在金屬鈾表面

2、制備一定厚度的金屬鍍層，主要開展了鋅涂層的制備工藝、結(jié)構(gòu)和抗腐蝕性能研究。
　　采用第一原理模擬計(jì)算研究了在鈾上鎏鍍鋅涂層的機(jī)理，同時(shí)獲得了鋅涂層在鈾表面的理論結(jié)合機(jī)理，鋅以金屬鍵方式與鈾結(jié)合，Zn-U原子間距與U2Zn17中的Zn-U原子間距極為接近，為涂層制備工藝的改善提供了有效的判據(jù)。XRD分析結(jié)果證明，鈾擴(kuò)散至鋅涂層中，形成U2Zn17金屬間化合物，說(shuō)明使用汞齊在鈾表面鎏鍍鋅涂層時(shí)，鈾汞齊與鋅汞齊在加熱分解時(shí)發(fā)生共結(jié)晶反應(yīng)

3、生成U2Zn17金屬間化合物，從而在較低的溫度下使鋅、鈾發(fā)生冶金結(jié)合。
　　以Au和Sn作為參比，選擇Zn、Au和Sn制備汞齊，在金屬鈾上開展了鎏鍍鋅涂層的工藝研究。對(duì)于熔點(diǎn)低的Sn，當(dāng)溫度達(dá)到錫的熔點(diǎn)附近(230℃)時(shí)，涂層與基體之間的結(jié)合緊密，涂層本身較致密;由于Zn易升華，提高制備溫度不能制備結(jié)合良好的涂層，涂層本身的致密性較差;對(duì)于高熔點(diǎn)金屬Au，涂層優(yōu)先在表面形成，從而阻擋了下層汞的蒸發(fā)，即使提高溫度也不能改善涂層與基體

4、的結(jié)合情況，只能通過(guò)減少單次制備涂層的厚度，采用多次制備的方法實(shí)現(xiàn)較厚涂層的制備。涂層制備溫度是影響涂層性能的決定性因素，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，初步確定了不同金屬涂層在鈾表面的鎏鍍工藝。
　　大氣環(huán)境下，在表面氧化的金屬鈾表面鎏鍍了鋅涂層。實(shí)驗(yàn)證明，鈾表面氧化物在制備過(guò)程中彌散于鋅涂層之內(nèi)，從而減弱了其對(duì)涂層與基體的結(jié)合性能的影響。
　　采用熱重腐蝕考核了鈾表面鎏鍍鋅涂層在150℃、含40％I2的Ar中的抗腐蝕性能，鋅涂層能夠?qū)︹櫥w起