超声滚压铬涂层

抗高温氧化

通过超声表面滚压消除柱状晶界，在锆合金包壳上形成扩散阻挡纳米结构层，显著提升事故容错燃料包壳的高温蒸汽氧化防护能力。

赵彦云 · Tong, Chen · 孙元伟 · Yang, Pan · Shao, Peng · 杨坤杰 · Bai, Yunqing · Sun, Qijing

Journal of Nuclear Materials 2026

参数信息

氧化增重降低幅度

76.2 %

内部ZrO₂形成

0

涂层残余应力

179.8 MPa

纳米结构层厚度

1.78 μm

纳米结构层厚度

5.45 μm

沉积态涂层残余应力

-46.8 MPa

技术优势

氧化增重降低76.2%

超声表面滚压消除了作为快速扩散通道的柱状晶界，并形成致密的纳米结构层，有效阻挡了氧向内和锆向外的扩散，从而大幅降低氧化增重。

内部ZrO₂被完全抑制

由于涂层表面纳米结构层有效阻隔了锆的向外扩散，在1200℃蒸汽氧化后，涂层与基体界面处没有形成有害的内部ZrO₂层，避免了界面弱化和涂层剥落。

工艺简单且可控

超声表面滚压可在室温下对已沉积的Cr涂层进行后处理，通过调节滚压道次（如1道次、2道次）即可调控纳米结构层厚度和残余应力，无需改变原有涂层制备工艺。

应用场景

• 核燃料包壳：事故容错燃料包壳需在失水事故中承受高温蒸汽，超声滚压Cr涂层可显著提升包壳的抗高温氧化性能，延长事故下的安全时间窗口。
• 高温抗氧化涂层：该工艺为Cr涂层提供了一种简单有效的后处理方法，通过消除柱状晶界提升涂层在极端温度下的氧化防护能力，适用于各类高温氧化环境。
• 表面强化处理：超声表面滚压作为一种表面强化技术，不仅引入纳米结构和残余压应力，还可用于改善其他功能涂层的界面结合和抗扩散性能。