预处理工艺对电镀制备的Cr涂层Zr-4合金的微结构和结合强度的影响

黄闽江^1,2，李奕鹏^1,2，杨忠波³，王朋飞³，冉广^1,2

1. 厦门大学能源学院2. 福建省核能工程技术研究中心3. 反应堆燃料及材料重点实验室中国核动力研究设计院

摘 要：采用电镀技术在锆合金基体上成功制备出了优异微结构和高结合强度的Cr涂层。分析了不同预处理工艺制备的涂层表面和涂层与基体界面的微结构特征,并利用划痕法测试了涂层与基体的结合强度。结果表明:预处理工艺显著影响涂层粒径尺寸和界面微结构,采用活化处理和预镀镍可以获得平均粒径为0.52μm的致密Cr涂层。活化处理使Cr/Zr界面产生实质性的微观结合,尽管预镀镍层改善了界面微结构,但依然存在少许纳米尺度的微观缺陷。热处理使Ni和Zr原子相互扩散形成Ni_xZr_y金属间化合物的冶金结合的同时,最终消除了界面处的纳米级微观缺陷（如空洞、气泡、杂质与微裂纹等）,从而制备出了具有Cr/Ni/Ni_xZr_y/Zr多层结构的Cr涂层Zr-4合金。Cr涂层与Ni层以晶格匹配的方式结合,Ni_xZr_y为多层结构,从Ni层到Zr-4基体依次为Ni₅Zr、Ni₇Zr₂、Ni₃Zr、Ni₁₀Zr₇、NiZr和NiZr₂相层。活化处理大幅度提升涂层与基体间的结合强度,界面结合强度由未活化的1.9 N提高到活化后的48.2 N,预镀镍进一步提高到75.8 N;而热处理形成的Ni_xZr_y为硬度较高的多层金属间化合物层,使结合强度略有降低。

关键词：铬涂层;锆合金包壳;电镀;结合强度;