[发明专利]一种反应堆中锆合金元件腐蚀防护薄膜的制备方法

摘要

本发明提供一种用于反应堆中锆合金元件腐蚀防护的薄膜，用以提升反应堆中锆合金元件的抗腐蚀性能。它是以压水反应堆中常用的Zr‑4合金为基底，Cr₂N为靶材，选用波长为248 nm、脉宽为25 ns的KrF准分子激光照射靶材，单脉冲能量为200‑500 mJ，重复频率3‑7 Hz，靶材与基底之间的距离为30‑50 mm，背景气体O₂的流量为1‑5 sccm，沉积时间为60 min。处理结束后，对样品进行真空退火，退火温度为300‑600℃，保温时间为30 min，即可得到厚度为1μm左右、均匀致密的CrN/Cr₂O₃/Cr复合薄膜。薄膜样品在反应堆溶液中的腐蚀电流密度仅为Zr‑4合金基底的1/10‑1/25，能显著提高锆合金的表面抗腐蚀性能，从而延长反应堆中锆合金元件的使用年限，提高反应堆运行的安全性。

主权项

1.一种用于反应堆中锆合金元件腐蚀防护的薄膜的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：步骤一：以Zr‑4合金为基底，沉积之前对基底进行预处理，用360^#、800^#、1500^#砂纸依次对合金表面进行打磨，用丙酮超声清洗15 min，再用去离子水超声清洗5 min，之后用氮气将样品吹干；步骤二：设置入射激光的参数和靶基距离：选用波长为248 nm、脉宽为25 ns的KrF准分子激光，单脉冲能量为200‑500 mJ，重复频率3‑7 Hz；选用Cr₂N靶材，直径50 mm，厚度3 mm，靶材与基底之间的距离为30‑50 mm，调整光路，使激光正对靶心；步骤三：对腔室抽真空至3×10^‑5 Pa，沉积过程中通入一定量的氧气作为背景气体，氧气流量为1‑5 sccm，沉积时间设置为60 min；步骤四：对制备出的薄膜进行真空退火，以降低薄膜内应力，防止薄膜开裂和脱落；退火温度为300‑600℃，保温时间为30 min。